生命之树又长了一根大树枝。研究人员最近在新斯科舍省的一块土壤中发现了一种被称为半散光的罕见而神秘的微生物。他们随后对它的DNA进行了分析，发现它既不是动物、植物、真菌，也不是任何一种公认的原生动物——事实上，它远远超出了任何已知的对复杂生命形式(真核生物)进行分类的大型类别。相反，这个挥舞着旗帜的怪人是它自己的“超王国”团体的第一个成员，这个团体可能在至少10亿年前从其他生命的大分支中分离出来。
领导这项研究的达尔豪西大学(Dalhousie University)微生物学家阿拉斯泰尔辛普森(Alastair Simpson)说，“这是那种你希望在职业生涯中看到一次的结果。”
尽管这一关于半散光的发现本身就令人印象深刻，但更重要的是，它只是最近(也是最深刻的)悄然而稳步增长的主要分类学新发现之一。研究人员不仅不断发现新物种或新类别，而且还发现了全新的生命王国。这些新王国让人不禁要问，它们是如何隐藏如此之久的?
亚娜·埃格利特(Yana Eglit)是达尔豪斯大学的研究生，她致力于发现单细胞真核生物原生生物的新谱系。2016年一个寒冷的春日，她在新斯科舍省徒步旅行时，为了把几克泥土刮进塑料管，她从朋友那里摔了下来。(她说，这种临时采集的土壤样本是“一种职业危害”。)回到实验室后，埃格利特把样本浸泡在水中，在接下来的一个月里，她定期通过显微镜观察样本，寻找不寻常生命的迹象。
一天傍晚，样品中有些奇怪的东西引起了她的注意。Eglit说，一个细长的放射鞭状鞭毛的细胞“笨拙地游动着，好像它没有意识到有这些鞭毛可以帮助它移动。”在一个更强大的范围内，她认为它符合半散光的描述，一种罕见的原生生物是出了名的难以培养。第二天早上，实验室里充满了兴奋，因为有机会描述和排列标本。“我们把所有东西都丢了，”她回忆说。
半散光是少数几个拉姆斯菲尔德“已知的未知的”原生生物线之一，这些线描述得还算不错，但由于很难在实验室中培养和排序，它们在生命之树上的位置并不完全为人所知。辛普森说，原生生物学家利用半散光结构的特点来推断它们的近亲，但他们的猜测在整个系统发育过程中都是“被‘猎枪’击中的”。没有分子数据，像半散光这样的谱系仍然是未知祖先的孤儿。
但是一种被称为单细胞转录组学的新方法彻底改变了这种研究。它使研究人员能够从一个细胞中对大量基因进行排序。辛普森实验室(Simpson lab)的另一名研究生、研究这种方法的专家戈登•拉克什(Gordon Lax)解释说，对于那些难以研究的生物体，比如半散光菌，单细胞转录组学可以产生以前为更丰富的细胞保留的高质量的遗传数据，从而使更深入的基因组比较最终成为可能。
研究小组对300多个基因进行了测序，现在是乌普萨拉大学(Uppsala University)博士后研究员的劳拉·埃姆(Laura Eme)模拟了这些基因是如何进化来推断半散光的分类的。她解释说:“我们完全预期他们会属于现有的超级群体之一。”然而，实验室成员却惊讶地发现半散光根本不适合放在树上。他们代表了他们自己独特的血统，与其他六个超级群体不同。
为了理解半散光谱系在进化上是多么的不同，想象一下真核生物树在你面前的地面上伸展成一组狭窄的路径，从你脚趾附近的所有真核生物群落开始，在遥远的地方汇聚到我们共同的祖先那里。从我们的哺乳动物尖端开始，沿着这条路走下去，回到历史中，经过我们的世系与爬行动物和鸟类分叉的地方，经过鱼类、海星和昆虫的岔路口，然后再往前走，越过我们与真菌的分界线。如果你回头看，你经过的所有不同的生物都属于六个真核超群中的一个。半散光人仍然领先，在他们自己的超级群体中，在一条没有其他东西占据的道路上。
瑞典乌普萨拉大学的生物学家Fabien Burki没有参与这项研究，他很高兴看到这个结果，但并不完全感到惊讶。“这有点像在其他行星上寻找生命，”他说。“当我们最终找到它时，我不认为我们会非常惊讶，但这将是一个巨大的发现。”
Burki, Simpson, Eglit和其他许多人也认为我们有更多的生命之树要去发现，这很大程度上是因为它的变化是如此之快。“生命之树正在被新的数据重塑。这与15或20年前的情况真的大不相同。“我们看到一棵树的树枝比我们想象的多得多。”
发现象半散光这样独特的世系仍然相对罕见。但是如果你在等级制度上往下一两个等级，仅仅是王国的等级——包括，比如说，所有的动物——你会发现新的主要血统大约一年出现一次。辛普森说:“这个速度并没有放慢。“如果有什么区别的话，那就是它可能正在加速。”
单细胞转录组等功能更强的测序技术的可用性，是推动真核生物尤其是已知未知群体这一趋势的部分原因。它使研究人员能够从单个样本中收集有用的DNA。但是Eme警告说，这些方法仍然需要熟练的原生动物学家的敏锐眼光，比如Eglit，“这样我们才能真正瞄准我们想看的东西。”
另一种排序，称为宏基因组学，可以进一步加速发现。研究人员现在可以冒险进入这一领域，从足迹中提取泥土样本，或者从深海喷口提取生物膜，然后对样本中的所有东西进行排序。问题是，它通常只是一个基因片段。对于细菌和古生菌(与真核生物不同的另外两个生命领域的生物)来说，这通常就足够了，而基因组学一直是最近重大发现的幕后黑手，比如Asgard古生菌，这是一个巨大的古生菌门，直到大约三年前，科学界才完全了解它。
但对于基因组往往更大、更复杂的真核生物来说，宏基因组学是一种非常广泛的取样方法。它揭示了生活在一个环境中的多种生物，“但是除非你有一个更大的已知参考序列，否则很难把这些不同的东西放到进化框架中，”Burki说。根据辛普森的说法，这就是为什么大多数最近的、真正深层的真核生物谱系都是通过“老式”的方式发现的，即在实验室中识别出一种奇怪的原生生物，并对其进行测序。
辛普森说:“但这两种方法是互补的，可以互相借鉴。”例如，现在很清楚，半散光出现在以前发表的元基因组数据库中。然而，“直到我们有了更长的半鞭毛虫序列来比较它们，我们才有办法识别它们，”他说。宏基因组学可以指出未知多样性的潜在热点，更深入的测序可以使宏基因组数据更有意义。
无论在普通环境还是特殊环境中，研究人员对多样性分类的前景都是光明的。当元基因组工具允许我们探索极端环境时——比如在热液喷口附近发现Asgard古菌的沉积物——研究人员也可以在他们的后院发现新的谱系。Burki说:“这一全新的超王国血统是一位研究生在徒步旅行时偶然发现的，他捡到了一些泥土。”“想象一下，如果我们能扫描地球上的每一个环境。”
根据Eme的说法，随着科学家们继续填满这棵树，用于添加树枝的算法只会变得更加高效。这将有助于研究人员解决生命历史上更深层、更古老的分裂。Burki说:“我们对生命如何展开的理解还很不完整。”真核生物为何出现，光合作用如何进化等问题仍未得到解答，因为“我们没有一棵足够稳定的树，能够准确定位这些关键事件发生的地点，”他说。
除了回答这些基本问题之外，发现的简单乐趣也激励着Burki和Eglit等研究人员。“微生物世界是一个完全开放的领域，”Eglit说。“探索外面的世界是令人兴奋的。”
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