分類及演化

我們在這裡要談的是在古生物，原核生物和真核生物之間的演化；我們要特別在演化樹上比較根部的地方。討論他的 divergence（相異），以及 divergence 是怎樣發生的！

• 談到演化必須談分類的觀念。生物的多樣性是演化的產物。歸納這多樣性可以提供演化的線索，從古時候到現在，做學問需要用分類的方法。分類學就是將所有知道的東西，根據各種形狀，把同樣的東西放在一起，連結在一起。不同的東西放在不同的類別，並根據它們的形狀、大小、功能等等特性加以處理。

• 生物學最早的分類，其實就是根據Macro-morphology，比較大的幾個生物型態來分佈的。最早的生物學家不知道細菌的存在，因為觀察不到它們。早期分類學都是依據看得到大型的生物，也就是自然界中的動植物，加以有系統地區分。我們現在常常用的林奈系統，是按照界(Domain)，門(Kingdom)，綱(Phylum)，目(Class)，科(Order)，屬(Genus)，種(Species)這樣細分下來。這樣的分類法是有階級性。這種分類法則適合使用在動植物。

• 根據我們現在所用的這林奈系統分類，每一個生物都從領域「界」開始，一直排到「種」。因此，要比較生物間的相似或相異性就很簡單。如果A生物是和B生物很像的話，那麼它們會屬於相同的高階層類別，要到低階層類別才會相異。像果蠅跟蚊子，都是昆蟲，直到「科」才開始不一樣。龍蝦也和果蠅、蚊子距離較遠，到節肢動物「綱」之下，就開始分岐。

　

• 我們把上表相同的屬性框在一起，可以簡化成下表：

• 我們都知道，同一類的生物，生下來的後代就會是同一類的。鵝生下來是鵝，狗生下來會是狗。所以，他們每個生物都會有自己的遺傳。他的型態相不相像，應該也反映物種的遺傳。兩種生物會相像的話（如，蚊子的型態像果蠅），是因為他們有共同的祖先。同樣的一個種族，假設他是黑人，然後結婚生子，黑人生下來就會是黑人！這是一個比較靜態的生物觀，意思是指，如果生物在歷史上都沒有再發生變化的情況下。

• 生物在演化過程中的分類。
  考古學的化石紀錄以及達爾文的演化論告訴我們，生物在演化過程中不停地變化。很多化石裡所看到的生物種類現在已經不存在，而且把那些化石與現今還存在的各種同類生物來比較的話：譬如說，比較同一類的馬，比較同一類的章魚等，就可以發現，這些生物似乎有連續性的變化！

• 舉例來說(下圖)，A0可能會變成A0'到 A0''，到A0'''，一直到A1'和 A1。但是，A1跟 A0比起來，可能很不一樣，甚至還不能相互交配。

A0-->A0'-->A0''-->A0'''-->...-->A1'-->A1

• 能不能互相交配是很重要的，因為兩個生物之間能夠交配產生子代，才能夠交換遺傳訊息，它們才能夠共同地演化產生新型的子代。傳統的「種」的定義就是根據兩個生物能否交配生育下一代來決定。可以的就是同「種」。不能的話，這兩個生物就是不同「種」。不同種不會交配產生下一代，所以不會在短期之內再混合。上圖的A0演化到A1，二者之間如果不能交配生育的話，它們的演化路徑就會越走越遠，下一代們也就不能夠再交配了。

• 如果A0有些演化成A1，還有一些演化成A2，A1跟 A2會很相像。如果能找到生物的共同祖先，距離又很近的話，而這個距離越近，並很近地就有一個共同祖先的話，A1跟A2就更像了！這好比我們跟兄弟姊妹比較像，但是堂兄妹們跟我們就比較不像了。
  但是，這有個先決條件：A1和 A2 不能夠交配。假設我們現在知道某個物種，並看到的物種們曾經有共同的祖先，我們比較能夠反應這個物種祖譜上的演化樹的分類。其實原來的分類法做出來的就很好了。因為事實上，我們要做的是種族發生，專群，或者是屬於關係。物種如果越親密，這兩個物種的 species 就越相像，或者可以反過來說，這兩個物種越相像，他們的親緣關係就越接近。

• 在林奈的系統中已經可以很成功的分類了！原因有兩個：第一個，很多重要物種的分類，根據其特徵，在演化上只發生過一次。舉例來說：四隻腳的動物，似乎都是從兩棲類演化而來，我們會看到海豚是四肢嗎？你會看到具有四肢的昆蟲嗎？並沒有，對不對？物種不變，是達爾文提出的定律。

• 根據特徵，我們可以進行物種的分類，而特徵也是物種演化的根據。同樣發生的演化特徵放在一起，便是分類。一種突變，在物種中間發生，那便是演化。像我們人類，演化到後來的特徵，就是一個脊椎動物。

• 第二個林奈系統成功分類的原因是，重要系統型態上的特徵，是不容易被突變所改變的。演化得來不易。在當時，我們會經由突變而演變成四肢，但想要再突變回去其實是蠻難的。現在很少看到有突變成四肢的生物，對不對？也就是說，突變演化的生物，不容易失去他的特徵。在演化樹上，根據演化特徵來架構分類，就可以看到演化的反應。稍後，我們可以看到高等生物於此分類法的優點，就分佈在演化樹的裡面。

微生物的分類

• 微生物的分類。微生物不適合使用大型生物的準則。有個系統用起來，到現在還是非常通用！他根據的就是生物的型態。而微生物的命名，第一個字可以簡寫，但是後面的字要小寫。

• 微生物基本上特徵太少，微生物的型態有：桿狀，螺旋狀等。大部分具有細胞壁，細胞膜。這些特徵能夠幫助我們用來分類。我們還要再討論的是微生物在結構上的不同。上次講過的 Gram Stain（革蘭氏染色），就可以染微生物的細胞壁。因此，利用革蘭氏染色，我們可以區分微生物為 Gram Positive（革蘭氏陽性菌）跟 Gram Negative （革蘭氏陰性菌）。還有依據微生物會不會形成孢子？以及微生物會不會移動？會動的，是具有鞭毛的；沒鞭毛的是不會動的。根據微生物的形狀分類後，將細胞形狀一樣的，再根據色素的種類來區分。但是，有的微生物並沒有色素，所以可以再根據整體上，結構上的基因含量：含G+C的比例，A+T的比例以及微生物生長的溫度，覺得喜歡生長的環境，以及是否呼吸？還有微生物所使用的電子接受器（人所使用的電子接受器，是氧。），能量的來源，營養，等等，這些都是分類的依據。還有一點很重要的，就是微生物只要一點小小的遺傳改變，都可能改變這生物的結構或代謝。譬如說，一個突變，在顯微鏡底下，看到其結構感覺上是寬寬垮垮的，若是看到他隔壁那個細胞，突變以後有增加東西，乾乾的，看起來就是不同樣的東西。另外一個桿菌突變的發生，使黑色色素變成白色色素。

• 從以上例子可以知道，突變的發生顯然使微生物和原來的不一樣。形狀肥肥長長的與細細長長的，就是不一樣。這是危險的。這表示在演化樹上演化的過程中，有一個突變，就能夠讓他們不存在，並且，會與原來的世代差太多。另一個問題是，細菌或者其他微生物，沒有什麼 species。高等生物我們剛剛說同不同種的要看能不能交配？即下一代是否能夠相互交配。但是細菌沒有這樣。細菌分類的 species 跟動物 species的觀念不一樣，細菌的性狀差別蠻大的。除非把微生物純化並保存在實驗室，否則，生存在自然環境中微生物會發生改變，因為會跟別種微生物互相交配。

• 要多留意微生物間的交配。至少在實驗室可以把酵母菌跟大腸桿菌這兩種生物，將質體DNA直接從大腸桿菌把他弄到酵母菌裡。那酵母菌就變成擁有原核基因的真核生物了。雖然他不是自然發生的，不過也是可以做到的。所以這個分類就變成很麻煩了。

• 分類雖然麻煩，但是我們還是要分類。傳統的分類是 Linnaean system，現在，有一本很有名的叫 Bergey's Manual of Systematic Bacteriology。都是根據 Bacteria 的生化特性，生存時喜歡的溫度，高度，表現的形狀，來做一個很有系統的分類。

• 在臨床上，病菌會感染身體讓我們得病。我們可以從口腔，食道等取得病源菌，再拿去做培養。培養後我們可以做生化檢驗，利用電子顯微鏡，和革蘭氏染色等方法來判斷是何種病原菌。

• 假設看到的是新的生物，它誰都不像。若是根據分類法則，我們假設，他其中三點不像A，其中四點像 B，跟另外五點像 C，兩點像 D。所以判斷是新的生物，叫 X。這不像我們高等生物，某個生物分類時分類到某個地方，彼此的生物特性會很相似。例如，某生物分類到果蠅旁邊，他的演化跟果蠅類似，所以可以推測他的生理跟果蠅很像。

• 性質像，不一定有同樣的演化來源。舉個例子，像藍綠菌，Cyanobacteria，我們還把他分類為藻類，與真核的藻類放在一起。他是一個細菌，Cyanobacteria，與真核的藻類分類在一起，是因為他長的很像，可是事實上他演化上，是區於之間的。所以傳統的分類學沒辦法反應微生物的演化。

• 現在，我們可以用分子生物技術來看生物間基因的關係。這不需要觀察生物的外表，而是直接看 DNA 分子上的相似性。我們分析 DNA 的相似性，或者蛋白質，因為蛋白質會反應基因的序列。從分子的相似面來看基因的相似性，再來看生物間的關係。其基本原理是：演化都記錄在生物的基因裡。但假設有一天基因體發生了突變，產生孢子，這生物看起來就會不一樣了。又假設那一天，在另外一株又發生了突變，本來不會游泳的，現在會游泳了。這樣看起來這些生物之間好像差得很多，可是比對基因的話，在序列方面，他們的差別卻只有一點點。因為生物的紀錄在基因，若是在 DNA上面突變的話，外表就會不太一樣，所以不管生物的外表如何，疏離差別有多大，他們在演化上並沒有太大意義。

Molecular Biologeny

• Molecular Biologeny，是新創的專有名詞，需要分子生物技術來判讀基因體裡的序列。

• 比如有兩個基因體，我們該如何區分及量化基因體之間的相似度呢？基因體之間相不相像還是有差別的！我們比較像猴子，比較不像狗！所以我們與猴子的親緣性是比較接近的！

• 第一個技術是Hybridization。Hybridization的意思不是講兩個物種的雜交，不是兩種不同的豌豆去交配。這裡指的雜交，是利用兩股不同的DNA，在加熱之後分開，然後再慢慢地降溫冷卻或者讓他維持在中高溫，譬如65度，之後再加適當的鹽類。DNA是酸，帶負電。因為兩股 DNA都帶負電，會互相排斥，所以在水溶液裡面一定要加很多鹽類。譬如說氯化鈉，我們最常用的就是氯化鈉。如果把DNA拿出來，在純水中純化DNA時，一定要加一些鹽類。 譬如說DNA帶負價，鹽類，譬如鈉或鎂，會在局部的地方，中和 DNA的負電。另外一股也是一樣！標準的我們會用0.3個 Molar 的氯化鈉，再配合溫度。溫度升高可以讓雙股DNA打開。然後降溫後互相配對的 DNA序列，在互相碰到的時候，就可以產生氫鍵，之後就恢復成雙螺旋的樣子。這個過程我們叫 Hybridization。

• 這技術很重要。因為，這種 Hybridization能夠成功，就表示這兩個DNA序列一樣或者很相像。那越像的，Hybridization的成功機率就越大。因為序列不一樣，互補就不太容易。越像的Hybridization就越容易。我們可以在同一時間做成配對，產生雙螺旋，從單股變成雙股的程度越高，相似性就越多。這裡只談原理，以便區分單股，雙股。假設技術上沒有問題，就可以觀察到；演化的關係越親近的話，DNA序列就越相近，就越容易形成 Hybrid。最早做這個實驗不是用兩個 DNA去做的，而是一股是 DNA，另外一股是RNA。

• DNA-DNA hybridization 是看整個 genome，也就是說，人的DNA，跟狗的 DNA互相Hybridization，可以發現人跟狗的DNA，Hybrid的程度比人跟猴子的 DNA Hybrid的程度還少。人跟猴子的差別只有一兩點。用 Hybridization我們可以估計人跟猴子的 genome，其實是相差很少的。那怎麼做呢？人跟人做，人跟猴子做，猴子跟猴子做！這三種結果做的都差不多。人跟猴子 Hybridization 只有差一點而已，所以人跟猴子的 DNA是很像的。問題是說：當這兩個物種的 DNA差太多的時候，基因並不會 Hybridization。但兩個物種太接近了，如，人跟猴子，親緣太接近了，相差太小，幾乎分不太出來的時候，可能就不太有用。

• 另外一種方法是不觀察整個 genome，而是觀察某些特殊的基因。因為，當我們沒有辦法決定整個DNA序列時，就觀察一小段重要的基因。選擇某一段基因來看是很重要的。請不要挑一個果蠅有的但是人沒有的序列，那就比不出來了！若是要比較果蠅跟人，那就要挑果蠅跟人，人跟果蠅跟猴子跟猩猩還有跟狗等等都擁有的序列，大家一起比較。這些基因在選取的生物上都找得到，那麼，這個序列應該是個蠻保守的基因，並且在有興趣的生物裡面都存在著。這種特殊的基因通常都會出現在比較容易找到，主要表現細胞功能的基因中。譬如說DNA的複製，DNA的 transcription，translation，還有能量的代謝 Glycolysis等，這些扮演樞紐功能的基因。

• 選取基因最好也不要是容易發生遺傳轉移的基因（lateral transfer）。基因的轉移有兩種，一種叫Horizontal水平轉移,另一個叫Vertical垂直傳遞。從生殖過程，也就是經由演化，從祖先傳給下一代的這種基因傳遞，稱為Vertical。可是一不小心，有時候這基因不小心跳過來傳給另一個基因，這種叫作Horizontal或基因水平轉移。所以，選用的基因最好沒有這種情形。當然 lateral transfer相對來說並不多！我們身上大部分的基因，大概都來自父母。若是哪天某病毒來了，嵌進生殖細胞的染色體裡面去，就傳給兒子了！這種是Vertical，不是來自親代演化的。很多生物都會這樣。Vertical transfer 比我們想像中，從長期的演化上來看，例子還蠻多的！當然，短時間是不多啦！所以我們不能分析經過Vertical transfer的基因。還好，我們剛剛說的很重要的基因都不會這樣，因為每個生物都已經擁有這種基因了，並且都表現得很好。外來的基因，通常不會被拿來利用及表現，因為生物體還是會利用原來存在的基因。

• 選取的基因最好不要太短！像 transfer RNA就不理想，太短了，所能提供的訊息太少。所以常用的是 ribosomal RNA。

• Ribosomal RNA中有三種 RNA：5S，16S，23S。這是根據 RNA在離心的時候，或者在水溶液裡，RNA比重的速度來命名的。所以，我們用 RNA沈降的速度，來代表 RNA。S代表速度的單位。

• 速度跟 RNA的大小不是成正比的。因為，其中還有阻力，形狀等，都會有關係。

Ribosomal RNA in Prokaryotes
Name*	Size (nucleotides)	Location
5S	120	Large subunit of ribosome
16S	1500	Small subunit of ribosome
23S	2900	Large subunit of ribosome
*The name is based on the rate that the sediments(sinks) in water. Bigger moleules seidment faster than small ones.

• 23S跟5S同樣在 Ribosome上面的 50S subunits ，包含兩個 rRNA: 23S 和5S。小的叫30S，就一個16S rRNA。16S很很重要喲！我們最常用的就是16S，不過也有用5S的，5S的缺點就是太短了。用16S rRNA做的最多。

圖片來源：Harvey Lodish et al., Molecular cell biology, 3th, by W.H.Freeman and Company

• 舉個例子來說，酵母，玉米，E.coli.細菌，Archaea等！取其中一段序列互相排列比對。黃色格子處是他們不一樣的地方。　

　

• 挑個區域，有一樣的部分，也有變化的部分。這樣去觀察的話就蠻能夠反應相互間的關係。上面三個生物，事實上就比較像，玉米跟酵母菌跟細菌。有細菌一對，Archaea又是一對。那你這樣去排，就可以排出一個演化樹來！那排這個樹的觀念就是說：你下面越像的話，他的距離就越短。

• 現在有各種電腦程式幫你挑，有各種演算法去做。因為，這個看起來很簡單，其實，有時候是很複雜的。演化樹要怎麼排？有些不太一樣的演算方法。不過，大致原理是一樣的！就是生物間擁有越相像的序列，那我們就把生物，排放的越靠近。

• Carl Woese 當時用 ribosomal RNA排出來的三個領域（見上圖），細菌，archaea 跟 Eucarya。最早是分細菌，跟另外一個祖先。在那這祖先之後，再分成 Archea和 Eucarya。

• 上圖是另外一種畫法。這是1977年所畫的！他那時候做出這個圖，大家都不太相信，現在還蠻被大家接受的。他很厲害，那時候沒有 DNA 序列分析的技術，也沒有 DNA定序技術。DNA沒有辦法 sequence。不像現在，一天可以做幾萬個，幾十萬個，幾百萬個。那時候都需要人工去做。所以現在把生物劃分這三個領域。

Topology，拓普學

如何利用這個 Molecular Biology？第一點是演化樹枝幹的次序，也就是指 Topology，拓普學；

第二點就是演化樹的長度。

• 拓普學，如咖啡杯，甜甜圈一樣，中間都有凹一個洞。拓普學不管形狀，不管大小，不管扭曲，最後都是一體的，不會改變拓普學的現象。咖啡杯，甜甜圈這兩個拓普學的現象都是圈圈。打斷不行，打斷就是線狀，不是環狀的東西。無論宇宙這麼大或是手指頭這麼小更甚是原子都有拓普學的現象。還有一個例子。比如說電路，串聯和並聯，在拓普學上是完全不一樣的意思。串聯並聯雖然是兩回事，可是講到並聯或串聯，我們從來不考慮線路有多長，電線怎麼繞來繞去無所謂，只要電線接回到那個點，電路就會通。這電線也是長短不管，形狀不管的，只要他的電路會通就好了。　

• TOPOLOGY在分類學上是很重要的。

• 上圖，這 Topology 是不管怎麼顯示都是一樣的。這個 Topology 是告訴我們 A和 B，有一個共同的祖先。然後這個共同祖先再跟 C，有另一個共同祖先。AB的親緣性比較近。如果照剛才的DNA序列來排的話，AB比較相像。這是第一點。

• 這就好像我們的祖譜，我們祖譜說你是某某人的兒子，而你爸爸又是誰的兒子。那這個Topology就定下來，畫了這個祖譜了。這裡不考慮時間的長度，就可以知道親緣的關係了！也許你會比你的叔叔年紀大，可是親緣關係還是不會變，叔叔跟你的爸爸還是同一個爸爸。所以祖譜的 topology 是一定的，不考慮親緣間的長度。

• 第二點，演化樹的長度也有關係。親緣的長度也是很重要的！因為我們剛剛說過，這個長度距離越遠，離的越遠，他的相似度就變差。所以，這個演化樹的 Branch 長度也很重要。Branch長度越遠表示你所累積的變化越多，在 DNA 序列看出來的變化也越多。在畫演化樹的演算法時，可以根據上面說的，兩個生物之間的距離相差地越大，也就是說它們之間跟共同祖先中間發生的變化越大，演化的時間就差的越長。

• 這裡有一個重要的觀念，我們叫做 Molecular Clock。

• 之前談到，演化樹的距離是跟 Neuclitide（鹽基）的序列變化數目有關係。現在，我們跟真正生物存在的時間去比對。假設對照這地方以前唯一有的化石，我們可以知道化石存在的時間，可以看化石存在的岩層大致是什麼世紀，知道生物的始祖最早出現的時間。大概估計一下，可以把演化樹的距離跟鹽基的變化數目，扯上關係。也就是說從 A 段時間到B段時間裡發生了多少變化，中間經過了多少年？那我們就可以說曾經在多少年時發生了一個變化在這裡。Evolutionary Clock or Molecular Clock 每百萬年在鹽基上發生多少序列的變化? Clock 在演化上，從 A 時間跑到B時間的話，是不是都一樣呢？不一定喔！至少我們現在看到某些物種有些基因可能會變的快，有的基因變的慢。

• 舉個例子！這有個很重要的 superoxcide dismutase，這是清除我們細胞的 Oxygen, Free radical 很重要的酵素，所以很多行呼吸作用的生物都有。估計在哺乳類動物，每百萬年大概有35％的胺基酸的變化。也就是說一百個胺基酸裡面，演化過程中會發生35個胺基酸的變化。可是從魚到哺乳類，大概只有9％。從黴菌到哺乳類，大概只有6％。另外就是，看胺基酸也可以比較核酸的序列，但得到的 information會不太一樣。通常在有些數量上會不一樣，可是祖譜上應該差不多。

• 我們看生物之間的差異，不僅觀察 Topology的關係，也有距離的關係，這兩個都要看。

Archaea 古生菌

• Archaea，我們觀察他的生理，是一個很喜歡在高溫的，能夠還原 sulfate（用Sulfate呼吸，接受電子。）。並且能夠用甲烷當他的碳來源。嗜鹽。但通常大部分的生物並不喜歡鹽。另一個 Methanococcus， 顧名思義，他喜歡產生甲烷（methane），住在一個沒有陽光，沒有氧氣，也沒有有機物的生態裡面。他用的是化學能，也不能光和作用。生存條件靠近火山。

• 我們剛剛的分類，是用 ribosomal RNA，可是現在很多基因體，很多細菌還有古生物。高等生物存在的比較少，而提煉出來的大部分是細菌跟古生物。這發現到一個很有趣的現象：基因體的序列其實，不像我們想像中那麼的純。什麼叫純？就是說，不像我們剛剛用ribosomal RNA分的三大類生物，分的那麼清楚。Eucarya是 ucarya，Archaea是 Archaea，E.coli是 E.coli。並不是的。裡面好像是混雜的！

• 在演化根部這裡，很多都是嗜熱的，喜歡溫度高的生物，很喜歡將近沸騰的溫度。很多古生物更多是嗜熱的，都分類在這區的根部！這可能表示我們當時的祖先，生活在水深火熱的環境中。確實沒錯！早期的地球非常地熱，然後慢慢涼下來。

• 另外，會產生 Oxygen 的 Photosynthesis。有些光合作用會產生氧氣的喲！然後這些擁有factor的 Bacteria 可能就是我們現在高等生物或者藻類的葉綠體來源。細菌進入細胞以後，利用共同的 organelle 並退化，失去細菌的自主性。這些都有充分的序列分析的證據可以支持。若整個把 Chloroplasts的染色體序列都定出來，跟 bacterial 的非常相像。關於 mitochondria ，上次有提過，是一個 Alpha Subgroup。這是紫色細菌。他應該是我們現在很多嗜氧的高等生物及嗜氧的真核細菌，呼吸氧氣依賴的 mitochondria。那我們現在少數無氧呼吸的，沒有厭氧的高等生物，很少，或是沒有 mitochondria。有的好像從來在演化上沒有得到過的樣子。

• Molecular Biologeny 還有一個最重要的貢獻就是，Microbial Ecology ，生態學。傳統的生態學，你談都談什麼？老鷹抓兔子，兔子吃草，老鷹太多就沒有兔子。很多人忽略土壤裡面的資源，因為不管老鷹兔子，最根本的維持生命的，就是來自土壤。太陽光也是，不過，那是免費的。土壤是很重要的。土壤裡面很多的好多東西，可以提供植物的生長。植物不能生長，也就沒有兔子了。沒有兔子，也就沒有了老鷹。所以土壤裡面的生物是非常重要的。土壤裡基本上當然有蚯蚓，有昆蟲啦，可是最重要的是微生物。

Unculturable Microbes

• 微生物，最近的有個很重要的發現，就是有關於 unculturable microbes：uncultureable 是什麼意思? culture 是能培養的，這個字是不能培養的意思。現在認為土壤中的細胞，用顯微鏡去觀察計算，在去培養後，可以發現百分之九十到九十九點九，都沒辦法形成菌落，培養不起來。這不知道是什麼原因？也許培養基不對，在土壤裡需要的養料我們沒有辦法提供；也許需要某種特殊的因素，或某種化學成分，或者有人建議某兩個微生物要生長在一起，才能夠互相長起來。譬如說，地衣，蘚苔都培養不起來，都只能在野外才看得到。所以我們研究原生物的 ecology 很不好做，因為在實驗室都養不起來。因此，針對研究，有個方法，就是用 molecular probe 去看。雖然無法培養，可是我們直接去看生物的 DNA，用 PCR 放大來觀察。

• 舉個例子：我們夾16S，這個小的 RNA；夾出來再跟我們現在已知的16S RNA去比，看有沒有新的發現。果然，我們確實可以看到很多新的，世界上從來沒看過的16S的變化。所以，雖然是新的東西，我們培養不起來，可是我至少可以分析，土壤裡面有多少這種生物。而且可以大概猜測生物的屬性。若屬性像鏈黴菌的話，那就可以猜測這種生物是鏈黴菌的親屬。如果像 E.Coli，就是這種大腸菌的親屬。所以這個是 Molecular Biologeny 很大的一個貢獻。是大概最近十五年來的一個新的領域。

• 所以我們用這種 molecular sequence 來代表一個環境中的微生物，因為我們沒辦法培養，可是可以判定環境中有這種生物的存在。因為我們可以觀察到這種生物的 DNA 序列！可以分析土壤裡面的微生物成分。

• 還一個很重要，這種方法可以幫我們找到一些重要的基因：比如說抗生素。現在有許多公司在做這類的研究。譬如說，我們知道抗生素的基因，並且對鏈黴素的抗生素有興趣，也知道鏈黴素的抗生素的基因，是由那幾個基因造成的。也許在不同的鏈黴菌中可以找到不同的，相類似的，不太一樣的基因。我們就可以比較出其中相似的地方。假設A基因和B基因，很像，他有個地方很保守，那我們就可以用很保守的區域去設計PCR。利用PCR的方式，研究土壤裡面的成分。這很簡單！我們採樣土壤，加水，如抽細胞 DNA 一般抽取 DNA，抽完 DNA 之後，再拿去做 PCR。

• 假設夾到了某段基因，再去萃取這段基因。這就夾到了另外一個可以產生鏈黴素這種抗生素的某段基因。那為什麼要找這個基因呢？第一點，你希望找到需要的基因。

• 發現新的基因，可能功能不太一樣，我們把他放到細胞裡面，他形成了不一樣的抗生素基因並形成不同的新抗生素。我們希望新的抗生素是好的，有用的。那譬如說加拿大有個公司，從土壤裡面去釣基因來做。

• 另外一個是檢測環境裡面有沒有某種病原菌？病原菌有時候傳染很快的，我們不要去分離他，因為培養病原菌有時候長的很慢，會來不及防禦。我們可以用 PCR 觀察，環境當中那些物質裡面有沒有某些病原菌在？這就是 Molecular Biologeny 的新的貢獻。

這世紀一百年來，生物的分類大多是Data的收集，直到後來才有分子生物學以及其他很多理論的出現。而序列的分析，可以看出演化的意義。細菌遺傳學衍生出來的基本的遺傳研究，使我們知道 DNA 是遺傳物質，DNA再轉譯成 RNA，而 RNA是三個三個一列的遺傳密碼。這些知識都是從細菌裡面研究出來的！現在的分子演化分析也是利用細菌在做。因為細菌序列的分析很快，速度很多，可以得到幾百克。演化分析時間這麼久以來，大部分都是用細菌在做。所以細菌在演化上的分析佔很重要的角色。