本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
物種是那些比看起來更難定義的事物之一。雖然很明顯（例如）老鼠與狗是不同的物種，但動物之間的親緣關係越近，就越難正確地將它們歸為物種。通常的定義涉及物理特徵的共享（儘管大丹犬和西施犬之間共享的物理特徵可能更難確定……）以及繁殖的基本概念。如果兩個物種可以雜交繁殖產生可育後代，它們通常被認為是同一物種。但這仍然會遇到問題；有些動物可以雜交但就是不雜交（例如，如果它們生活在山脈的兩側），有些動物可以雜交併產生大部分不育的後代，偶爾會出現隨機的可育怪癖，而有些動物可能可以雜交，但這很難想象（再次以大丹犬和西施犬為例）
然而，當涉及到微生物世界時，物種的概念變得更加模糊。對於細菌和古菌來說，甚至雜交的概念也不真正存在。細菌不需要所有那些黏糊糊的“性”行為來產生更多的細菌，它們只是將自己一分為二，並從它們的同伴、附近的細菌和一般環境中竊取隨機的DNA。然而，與此同時，能夠區分細菌物種仍然是有用的；例如，認識到金黃色葡萄球菌與大腸桿菌是非常不同的生物。並非所有細菌都相同；但是，如果它們可以如此容易地共享基因，為什麼會有如此明顯不同的物種？它們之間為什麼會有任何差異呢？
對古菌（細菌中可悲地被忽視的表親）所做的研究開始讓我們更瞭解微生物中的“物種”是如何形成的。對嗜熱嗜酸（喜高溫和低pH值）古菌Sulfolobus islandicus（從俄羅斯的一個溫泉中採集）的研究表明，至少在這些菌株中，一些機制導致了獨立古菌物種的形成，而不是一個同源的種群。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
該論文重點介紹了關於微生物中物種如何形成的兩種主要理論。“物種”在這種情況下被定義為具有離散序列多樣性簇的譜系。理論一是“生態位”理論，即選擇是生態的，並且“生態型”（即幾乎是物種）被保留是因為它們專門化自己以適應某個生態位。如果您試圖成為最擅長生活在熱塘中的生物，那麼幫助您應對冰晶的基因將不會有太大用處。
第二種理論是存在遺傳障礙，導致某些微生物群落變得在遺傳上不同且類似於物種。如果您自身遺傳物質中的突變比從附近生物體中拾取的基因更可能被傳遞下去，那麼就會形成物種的遺傳簇。這都與突變和重組的速率有關，並且在下面的參考文獻中為感興趣的人提供了更好的解釋（有更多的段落）。它還可能涉及諸如限制性酶之類的物質，這些酶可以切割DNA。如果一個古菌譜系包含分解另一個譜系DNA的酶，那麼它們很快就不會成功地共享DNA。
這也可能是兩者之間的一種混合。如果正在共享少量的DNA，同時由於生態位特化而對染色體進行大的改變，那麼該物種符合理論一。如果與同類微生物共享更多的DNA，並且每個微生物都沒有發生太多突變，那麼理論二顯然更相關。對於不同的物種，在不同的條件下，物種形成可能使用不同的方法發生。
然而，對於Sulfolobus islandicus，現在有更多關於物種和簇如何形成的資訊。研究人員觀察了溫泉中的兩個獨立譜系，發現儘管古菌能夠共享DNA，但它們仍然開始在生態上變得不同，並在進化上獨立。需要明確的是，沒有物理屏障阻止它們。它們都只是在同一個溫泉中近距離遊動。甚至沒有生化屏障阻止它們，DNA能夠在兩種菌株中存活而不會被酶分解或以其他方式受到損害。
那麼這兩個獨立的菌株是“物種”嗎？不完全是，它們仍然共享DNA，但它們似乎正在成為不同的物種。古菌和細菌一樣，將始終能夠彼此共享DNA。這裡令人著迷的是，有時，似乎它們只是不想這樣做。微生物中物種的形成可能較少是因為物理上阻止基因流動的障礙，更多是因為生物體本身根本不想再共享DNA。
畢竟，如果您在過去幾百年中專門進化以適應一個精確的小生態位，那麼來自沒有這樣做的人的DNA會有多大幫助呢？
---
參考文獻 1:Cadillo-Quiroz H, Didelot X, Held NL, Herrera A, Darling A, Reno ML, Krause DJ, & Whitaker RJ (2012). 基因流模式定義了嗜熱古菌的物種。《公共科學圖書館·生物學》，10 (2) PMID: 22363207
圖片 1 的來源。
圖片 2 的來源。
圖片 3 的來源。
