你采取的每一步，都可能走在一个看不见的，未被描述的微生物多样性的世界。而且你不需要进入大自然中去寻找这些通常未被注意到的微观生物。作为 生物学家，我们直接了解这一点。几年前喝咖啡的聚会结束了我们使用临时取样工具 - 实际上是咖啡搅拌器和咖啡杯盖 - 从人行道的混凝土板之间收集一些黑色垃圾。在密西西比州立大学校园的这个世俗空间里，我们发现了在地球上生活了数百万年的微生物。

在环境中寻找这些具有超凡魅力的生物虽然令人兴奋，但这只是第一步。我们的共同利益是更好地了解有机体如何相互关联。我们正在使用DNA来揭示他们在遥远的过去的关系。

通过对今天存活的有机体进行抽样，我们可以对数百万年前在已经灭绝的祖先中发生的进化提出更深层次的问题。

拼凑生命之树

在2015年咖啡日期之后，我们简单的收集行为开始了我们在分子原生物学领域的实验室之间 的富有成效的合作。我们的重点是微观单细胞生物，称为原生生物，特别是那些使用称为伪足的微小触角移动的生物。

我们在人行道样本中发现的一个难以捉摸的生物是一种名为Amphizonella的变形虫; 我们开玩笑说，它以柔软的保护性外层形式制造自己的“皮夹克”。

尽管其他科学家以前曾想过，我们有一种预感，即这种生物体与其他具有更强外层覆盖物的变形虫没有密切关系。另一个更大的组织，叫做变形虫阿米巴，有贝壳 - 想象微观蜗牛 - 而不是皮夹克。

因为变形虫变形虫是一种硬壳，它们具有化石化的潜力。事实上，他们生动的化石记录代表了一些最古老的真核生物化石 - 生命的类别，其成员将DNA保存在细胞核内。为什么这很重要?人类也是真核生物，植物，真菌，其他动物，kelps和原生生物也是如此。因为这些变形虫是一些最古老的真核生物化石，它们可以反过来告诉像我们这样的研究人员关于我们自己物种的起源。

自从21世纪初DNA测序问世以来，生物学家已经使用了一小部分基因组，甚至是单个基因来检验生物之间的关系，尽管成效有限。通过生物体之间的DNA序列的相似性，人们可以使用复杂的计算方法来推断关系，所述复杂的计算方法模拟经验导出的数据随时间的变化。简而言之，科学家们试图将与谁相关的人拼凑在一起，以便重建生命进化树，或者我们称之为系统发育树。

在大多数情况下，变形虫变形虫很难在实验室中培养，因此很难用常规方法获得足够的材料来测序DNA。

为了克服这些挑战，我们正在使用一种尖端技术，使我们能够直接从环境中获取有机体并对其整个转录组进行测序 - 这是它制造的所有蛋白质的蓝图。通过这种方式，我们能够绕过整个基因组的测序(及其无关信息)并仅对蛋白质编码区域进行测序。我们最终获得了数十亿个碱基对DNA的高质量数据，我们可以直接与其他生物的类似数据进行比较。

该方法通过采样数百个基因而不是单个基因来提供更好的分辨率。然后我们使用这些数据构建一个生命系统生命树，根据它们DNA的相似性，通过它们彼此之间的密切关系来组织我们的变形虫。通过这些数据，我们可以进一步将我们的变形虫变形虫与其他真核生物进行比较，并确定它们在基因组水平上的独特性和相似性。

将今天的生活与古代祖先联系起来

由于生命从最后一个普遍的共同祖先进化了数十亿年，所有生物和灭绝生物都必须在一个单一的家谱中相互联系。

但化石不能保存DNA信息。虽然确实有一些古老的DNA测序是可能的，但一般来说，它只能用像猛犸象或古代人类这样的木乃伊残骸等冷冻样品来完成。这些古老的DNA样本并没有真正化石化，而且与化石相比，它们显着更近 - 例如，已经测序的最古老的人类相关DNA来自Denisovan人的牙齿，大约有110,000年的历史。

相比之下，始祖鸟的化石是最古老的鸟类亲属之一，大约有1.5亿年的历史。这意味着，今天，我们对始祖鸟的距离比对Denisovan遗骸的距离大10万倍。这是一个巨大的时间。

似乎与今天的变形虫变形虫相关的化石大约有7.5亿年的历史，从一个叫做新元古代的时期开始。科学家们很少了解在遥远的过去地球上发生的事情。研究人员在大峡谷和巴西中部收集的岩石中发现了这些微小的化石。

为了比较我们根据生物物种的DNA和新元古代的化石壳创建的树，我们不得不以某种方式推断我们的数据。使用在我们的树中计算的进化速率，我们能够使用今天的壳看起来如何应用这些速率来估计它们过去看起来的样子。通过这种方式，我们可以创建一个假设的祖先，然后我们可以与实际的化石进行比较。

我们的结果令人印象深 我们基于几百万种可能性计算了七个假设的祖先。当我们将它们与先前在文献中描述的化石记录进行比较时，我们发现了五种与我们的预测非常相似的化石物种。这使我们可以自信地确定那些新元古代化石确实是非常古老的变形虫变形虫，并且这个群体自7.5亿年前就已存在。即便到那时，他们已经相当多元化了。

表明这些生物在如此深刻的时间范围内存在并且多样化是很重要的，因为它们是复杂的生物，具有复杂的生态和行为。它们提供了对那些古代时代生活可能是什么样子的内部观察。变形虫可以是捕食者，但它们也可以是食草动物，甚至可以生产食物的共生藻类，使它们成为主要的生产者。

许多不同类型的变形虫变形虫在这个阶段所处的事实意味着已经开发出复杂的食物网，这反过来又影响了环境可能是什么样的。现在，地球化学家将他们的笔记与我们的生物学见解进行比较，我们对古代地球的理解将继续得到改善。