聚球藻屬藍細菌（cyanobacteria Synechococcus）生活在美國黃石國家公園的溫泉中。日前，斯坦福大學的科學家們對這種細菌的天然種群進行了大規模測序，分析了其中的遺傳多樣性，揭示了這種多樣性的形成機制。
研究人員發現，這些細菌存在高水平的遺產物質分享和交換，就像一個流動的基因池。細菌個體反復交換或“重組”DNA片段（包括整個基因），使基因變異能夠快速在種群中擴散，這項研究發表在五月二十八日的Science雜志上。
自然界中的細菌種群有著極大的遺傳多樣性，會隨著時間推移而發生變化。不過人們還不清楚造成這種多樣性的確切機制。“生物學家們一直希望了解推動細菌種群遺傳多樣性的進化和生態動力，”文章的通訊作者Devaki Bhaya解釋道。Bhaya等人將深度測序與統計學分析結合起來，希望能夠解決這個問題。
此前科學家們提出過許多理論。舉例來說，有一種理論提出細菌種群產生遺傳多樣性，是因為整個群體在適應多種局部小環境時建立了不同的亞群（稱為生態型）。還有一種理論認為，細菌的基因多態性是中性的，不會影響細菌對環境的適應。細菌通過分裂進行無性繁殖，也就是說下一代的遺傳物質基本上是親本的翻版。種群的遺產多樣性是來自于突變或者DNA片段在不同個體之間的傳遞。
研究人員對DNA深度測序產生的海量數據進行了復雜的統計分析，追溯了聚球藻屬藍細菌天然種群的形成過程。他們發現，上述兩種理論模型均與測序數據不符。
研究指出，這個藍細菌種群占據了廣闊的生態位（niche），覆蓋了一系列環境條件。不過其種群多樣性是源自于個體之間頻繁的遺傳物質交換。這種交換發生的頻率很高，以至于研究人員將這些藍細菌視為準有性（quasi-sexual）群體。
在有性生殖的生物中，后代結合了兩個親本的基因，形成了新的基因組合。聚球藻屬藍細菌也符合這一規律，DNA廣泛轉移使后代普遍得到新的基因組合。在這樣的種群中，自然選擇是在基因水平上起作用，而不是整個基因組。
“從人類腸道到植物根系，微生物多樣性幾乎無處不在，”Bhaya說。“單細胞測序、蛋白質組學、顯微成像等技術將幫助我們深入探索這些重要的微觀世界。”
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