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hopebiolqdhb金蟲 (著名寫手)
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基因的角度看細菌分類 (一):細菌是進化的,也是可以分類的 1875年,F(xiàn)erdinand J.Cohn最初創(chuàng)立了細菌學(xué)的時候,他就意識到,細菌跟動、植物一樣,是可以進行分類的。其時,達爾文發(fā)表了《物種起源》,進化論的思想已初入人心。而進化論的主題思想有兩個,第一,物種是可變的;第二,生物是進化的。那么,細菌作為一種生物物種的類型,是如何進化的呢?與動、植物所不同的是,細菌結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)微小,不可能像動、植物分類一樣,通過挖掘遠古時代活化石的方式去研究細菌的進化途徑。因此,該如何對細菌進行科學(xué)的分類,卻始終微生物學(xué)家所面臨的一大難題。 20世紀(jì)初,在美國細菌學(xué)家David Hendricks Bergey的推動下,成立了一個組織委員會,以制定一個針對所有已知細菌的分類計劃。并且,通過這個已有的分類計劃,可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn),如革蘭氏染色、形態(tài)、菌落外、以及生化反應(yīng)等,對所有的細菌進行鑒定。由此可見,最初的細菌分類主要是根據(jù)細菌的相似程度進行分類描述方法,與生物進化無關(guān)。但不可否認,Bergey所倡導(dǎo)的分類方法,為細菌學(xué)的發(fā)展作出了巨大貢獻。自1923年首次出版《伯杰氏系統(tǒng)細菌學(xué)手冊》后,先后于1925、1930、1934、1939、1948、1957、1974出版了第2至第8版。 20世紀(jì)60年代開始,分子遺傳學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使細菌分類學(xué)進入了分子生物學(xué)時代。60年代末,Carl.R.Woese開始采用遺傳物質(zhì)的寡核苷酸編目法對生物進行分類,他通過比較各類生物細胞的核糖體RNA特征序列,認為16S rRNA是最合適的生化進化時鐘。Woese通過基因序列分析方法,發(fā)現(xiàn)第三生命形式——古菌。通過對古菌的研究,Woese進一步建立了三域生命學(xué)說,并首次根據(jù)進化關(guān)系建立了包括細菌在內(nèi)的所有細胞生物的系統(tǒng)發(fā)育樹。 Woese的研究和發(fā)現(xiàn),無疑具有劃時代意義。首先,古菌作為能夠在極端的環(huán)境中生存的原核微生物,代表著生命對環(huán)境適應(yīng)能力的極限,是一種不可估量的資源財富。設(shè)想一下,將來有一天,我們需要征服火星,讓火星變成一個適合人類生存的星球,那么,這些能夠在極度高溫、高寒、高酸性環(huán)境中生存,并能夠利用甲烷等其他氣體營自生生活的古菌,絕對會是火星開發(fā)的發(fā)行軍。再設(shè)想一下,如果找一到了這樣一種古菌,不僅能耐受極度高溫、高寒,并能夠利用甲烷等其他氣體作為營養(yǎng)物質(zhì),營自養(yǎng)生活釋放氧氣,那么,人類征服宇宙,將不再是一個夢想。因此,古菌自發(fā)現(xiàn)之初,就備受觀注,原核生物學(xué)也成為當(dāng)成科學(xué)研究中最熱門的話題。其次,Woese及后來的科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn),盡管古菌在細胞形態(tài)、大小及基因組結(jié)構(gòu)方面與細菌相似,但在基因的相似性和系統(tǒng)發(fā)育學(xué)上,卻獨立成支,而且在親緣關(guān)系上,古菌與真核生物更為密切,與細菌反而更疏遠。Woese在通過對古菌、細菌、真核生物基因序列比較的基礎(chǔ)上,建立了三域生命學(xué)說,即當(dāng)前的生命包括:細菌域、古菌域、真核生物域。后來,又有人將真核生物域劃分為原生生物界、真菌界、植物界、動物界,與古菌界、真核界并列形成三域六界的生物分類體系。通過生命進化之樹,生命不再獨立存在,生命不再孤獨,而是通過系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,按域、門、綱、目、科、屬、種從上到下的等級分類方法,形成了一個系統(tǒng)的、有機的、有聯(lián)系的整體。 1994年,《伯杰氏系統(tǒng)細菌學(xué)手冊》出版第9版。與前8版所不同的是,第9版在描述細菌表觀特征、生物化學(xué)、數(shù)值分類的基礎(chǔ)上,特別強調(diào)了DNA相關(guān)性分析,以及16S rRNA寡核苷酸序列分析在生物種群間的親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用,細菌分類的研究開始從表觀生化向系統(tǒng)發(fā)育進化發(fā)展。 隨著酶鏈聚合反應(yīng)(PCR)技術(shù)、基因測序技術(shù)、遠程通訊技術(shù)及計算機技術(shù)的開發(fā),人類進入到一個全新的基因時代。2000年,人類基因組DNA序列圖譜完成后,科學(xué)家又開始著手繪制與人類密切的相關(guān)致病菌的基因圖譜。在GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫中,與細菌相關(guān)的核酸序列信息呈爆炸式增長。微生物學(xué)家只需要對待鑒定的細菌進行測序,就可以坐在家里,通過遠程計算機系統(tǒng),獲取最近細菌分類及核酸序列信息,構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進化樹,找到待鑒定細菌的系統(tǒng)發(fā)育進化的位置。 基因的視角看細菌之二:問題一籮筐 進化論的思想告訴我們:第一,物種是可變的;第二,生物是由低等向高等的次序進化的。但隨著生物技術(shù)的發(fā)展,我們不妨加上第三點,物種是可人為創(chuàng)造的。設(shè)想了一系列關(guān)于生物分類相關(guān)的問題,不一定有標(biāo)準(zhǔn)答案,也不一定與細菌有關(guān),但仔細思想這些問題,或許有助于我們更好地了解細菌的分類。如果有人有興趣回答這些問題,請先不查閱資料回答。 1、狼與狗是兩個不同的物種,狼與狗雜交,叫狼狗。請問狼狗是狗嗎?即狼狗與狗為同一個種嗎? 2、既然狼與狗是兩個不同的物種,那么狼與狗雜交,可不可以是狼?可不可以叫狗狼? 3、獅與虎是兩個不同的物種,雄獅與雌虎交配的產(chǎn)物叫獅虎;雄虎與雌獅交配的產(chǎn)物叫虎獅。是不是意味著,獅虎是虎,虎獅是獅? 4、雞與鴨交配,能得到受精卵的雞蛋嗎?如果可以,公雞與母鴨交配孵出來的“小鳥”,是不是可以叫做雞鴨?公鴨與母雞交配孵出來的“小鳥”,是不是可以叫做鴨雞? 5、如果雄獅與雌虎交配的產(chǎn)物獅虎,既不屬于獅,也不屬于虎,而是一個新物種;雄虎與雌獅交配的產(chǎn)物虎獅,既不屬于虎,也不屬于獅,而是一個新物種;那獅虎與虎獅呢?是一個物種還是兩個物種?兩個相同的物種交配后,可以得到兩個以上的不同物種嗎? 6、人與猿的全基因序列相似度達99%以上,是不是意味著人與猿在基因的角度上,是同一個物種? 7、人是古猿經(jīng)過漫長的歷史過程,經(jīng)由類人猿演化而來的。請問從物種的角度上說,類人猿與古猿是同一個物種嗎?人、古猿、類人猿總共包含多少個不同的物種。 8、如果人、猿、與類人猿的全基因序列相似度均在99%以上,我們可不可以根據(jù)基因的相似度,把人、猿、與類人猿定義為同一個種,并設(shè)立為不同的亞種? 9、盡管人由古猿經(jīng)過一個漫長的歷史過程中進化而來的,那么在地球的某個時期,會不會出現(xiàn)人、古猿、類人猿同時并存的情況? 10、已知菌A是由菌B經(jīng)由菌C進化而來,有不有可能在某一年的某一天,同時分離到菌A、菌B、菌C三種細菌? 11、發(fā)現(xiàn)經(jīng)菌A、菌B、菌C三種新細菌。經(jīng)測序,菌A、菌B、菌C全基因序列相似度均在99%以上,且經(jīng)過他資料,可推算,菌A是由菌B經(jīng)由菌C進化而來。但形態(tài)特型、致病能力具有典型的差異,且菌A的致病能力特別強,菌C致病能力相對較弱,分布范圍最廣泛。如果把菌A、菌B、菌C分類為同一個種,那我們是應(yīng)該選取致病能力最強的菌A選為模式菌種,還是應(yīng)該把分布范圍最廣的菌C選為模式菌種。 12、盡管菌A、菌B、菌C全基因序列相似度均在99%以上,但為了特別區(qū)分菌A,可不可以把致病能力最強、臨床意義最大的菌A單獨定義為一個種,菌B、菌C定義為另一種。 13、菌A、菌B、菌C是否有可能被定義為三個不同的菌種? 14、菌A、菌B、菌C是否有可能被定義為三個不同的菌屬? 15、你研究得最多、且最熟悉的細菌是什么?請問你知道研究得最多、且最熟悉的這個細菌屬于哪個域、哪個門、哪個綱、哪個科嗎? 16、我們都知道,人是高等生物,那細菌呢?哪些細菌屬于高等細菌的范疇? 17、請對比人類等高等生物與低等生物的特點,在自養(yǎng)與異養(yǎng)的角度上,推斷高等細菌與低等細菌的特點? 18、請根據(jù)地球形成初期的氣候特征,推斷低等細菌的特點? 19、大腸埃希氏菌是高等細菌嗎?為什么? 20、嗜熱脂肪芽胞桿菌與大腸埃希氏菌相比,是高等生物嗎?為什么? 21、你所知道的沙門菌屬有多少個種?請隨便列舉三個以上的沙門氏種。 22、歐洲人、亞洲人、非洲人、美洲人,可以定義為不同的物種嗎?為什么在布魯氏菌屬中,明明16S rRNA相似度為100%,卻根據(jù)不同的分離來源,分為羊布魯氏菌、牛布魯氏菌等不同的菌種?這種命名方式科學(xué)嗎? 23、有一株低致病性的大腸埃希氏菌,送到外太空中,傳代1000次,回到地球后,其毒力增強百萬倍,并能穩(wěn)定遺傳,那么,從太空返回的“大腸埃希氏菌”還是大腸埃希氏菌嗎?可不可以認為是新物種? 話題很新穎,轉(zhuǎn)來 轉(zhuǎn)自:丁香園 |


鐵桿木蟲 (著名寫手)
小木蟲職業(yè)打醬油滴~~!
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[考研] 0817 化學(xué)工程 299分求調(diào)劑 有科研經(jīng)歷 有二區(qū)文章 +10 | rare12345 2026-03-18 | 10/500 |
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今年的國基金是打分制嗎?
50+3
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[考研] 321求調(diào)劑 +5 | 大米飯! 2026-03-15 | 5/250 |
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