盡管在許多真核生物中是突變和有性繁殖驅(qū)動了遺傳創(chuàng)新，對于生命中獨特的單細胞領(lǐng)域：古細菌和細菌而言，水平基因轉(zhuǎn)移是獲得新性狀的一種關(guān)鍵機制。

水平基因轉(zhuǎn)移, 又稱橫向基因轉(zhuǎn)移, 指不同于常規(guī)的由親代到子代的垂直基因傳遞, 能跨越種間隔離, 在親緣關(guān)系或遠或近的生物有機體間進行的遺傳信息轉(zhuǎn)移. 通過將新基因?qū)氍F(xiàn)有的基因組, 水平基因轉(zhuǎn)移能幫助受體生物繞過通過點突變和重組創(chuàng)造新基因的緩慢過程, 從而加速基因組的革新和進化。

通過對2.5萬個古細菌基因家族進行系統(tǒng)進化分析，研究人員證實從細菌處獲得的一些基因似乎在形成古細菌的主要類群中起重要作用。這項發(fā)表在10月15日《自然》（Nature）雜志上的研究，還表明了遺傳物質(zhì)從細菌轉(zhuǎn)移至古細菌比從古細菌轉(zhuǎn)移至細菌常見5倍。

論文的共同作者、德國杜塞爾多夫大學(xué)分子進化研究所的William Martin說：“我們往往認為進化是以一種漸進的方式推進，點點滴滴的點突變沿著不同的譜系累積，促成了分化和一些新的物種。傳統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)生研究是根據(jù)編碼核糖體RNA和其他基礎(chǔ)功能的通用基因，但這些只代表了微生物基因組的1%。我們一直在檢測其余的99%，并且我們發(fā)現(xiàn)了一些非常令人驚訝的事情。”

在分析的古細菌基因中大約有三分之一在細菌基因組中具有同系物，在13個古細菌目中遺傳輸入的系統(tǒng)發(fā)生密切反映了古細菌特異性基因的系統(tǒng)發(fā)生，表明每個目的產(chǎn)生都與基因獲得相一致。“對于古細菌的每一個分支來說，獲得大量的細菌基因似乎是導(dǎo)致各個進化枝分離與特化的關(guān)鍵事件，“美國國家生物技術(shù)信息中心從事進化基因組學(xué)研究的Eugene Koonin（未參與該研究）說。

Martin研究小組第一次應(yīng)用這種分析方法證實了，嗜鹽古菌群的產(chǎn)生與獲得1000多種細菌基因相一致，賦予了古細菌有氧呼吸的能力。在發(fā)表于2012年《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上的一項分析研究中，他們曾計算了1,500個基因家族的系統(tǒng)樹。而當前的研究構(gòu)建了25,000個古細菌基因家族的系統(tǒng)樹，被認為計算更為密集。

尤其是，種系發(fā)生揭示在產(chǎn)甲烷古菌（methanogenic archaea）中有83%的細菌基因?qū)?。產(chǎn)甲烷古菌一直被認為是最古老的古細菌群，具有簡單的代謝——在存在氫氣的情況下二氧化碳厭氧還原為甲烷。

Koonin說，盡管統(tǒng)計測試支持了在古細菌譜系形成的時候它們突然地拾起了大群的細菌基因，還需要進一步的分析來確證這一結(jié)論。而Martin研究小組分析的39%的遺傳輸入都與代謝有關(guān)則強化了這一觀點。

盡管這些結(jié)果還要接受進一步的調(diào)查，其對于科學(xué)家們理解微生物的早期進化具有巨大的意義。