包括卡内基的Devaki Bhaya和Michelle Davison在内的团队的新工作是对黄石国家公园温泉中生长的细菌种群进行大规模DNA测序，以确定它们的遗传多样性，并探索潜在的进化动力学。他们在微小的绿色光合蓝细菌聚球藻中发现了一种意想不到的高度共享和交换的遗传物质，这种物质在这些被烫伤的恶劣环境中非常丰富。

研究小组发现，同一物种不同个体之间基因组组织差异的模式表明，细菌来回转移DNA，包括整个基因。这种交换或“重组”允许遗传变异在群体中迅速传播。他们的研究成果发表在《科学》杂志上。

与实验室研究和临床工作中使用的精心管理的细菌克隆相反，在自然发生的细菌种群中存在大量小规模的遗传多样性。自然环境中的细菌种群代表了随时间变化的动态遗传资源，但这种多样性的量化及其动态的确切机制仍然难以捉摸。

“生物学家长期以来一直对识别驱动细菌群落群体遗传学的进化和生态力量感兴趣，”Bhaya解释道。

研究团队还包括主要作者迈克尔罗森(Michael Rosen)和斯坦福大学应用物理系的丹尼尔费舍尔(Daniel Fisher)。他们开始通过将所谓的“深度测序”(非常详细和广泛的DNA测序)与强大的统计分析相结合来研究这个问题。

考虑了几种可能的情况。例如，一种理论预测细菌种群在遗传上是多样的，因为它们在非常小的局部水平上适应它们的周围条件，导致不同亚群的建立，这些亚群被称为生态型。

另一种可能性是，细菌基因的所有多样性都是“中性”的——一个基因的特定版本不会或多或少地使有机体适应其环境。细菌通过无性分裂繁殖，这意味着每一代新人都将被其唯一的亲本遗传物质的几乎完整副本所困。遗传变化可以通过生物体之间的DNA片段的突变或转移而发生。

通过对大量“DNA深度测序”数据进行复杂的统计分析，该团队能够跟踪塑造这些自然聚球藻种群的进化力量。他们发现中性漂的模型和不同生态型的微生态概念不符合数据。

相反，种群占据了一个广阔的生态位，包括一系列的环境条件。多样性是由生物体之间频繁的遗传物质交换产生的。这种情况显然经常发生，以至于与像人类这样的生物相比，种群可以被视为“准有性的”，在人类这样的生物中，有性生殖的过程，特别是受精，结合了来自双亲的基因。

在有性生殖中，新的基因组合是规则。虽然细菌种群通常不是这样，但对于这些特定的温泉细菌来说，新的组合也是规则，而不是例外。随着DNA从一个个体转移到另一个个体，新一代将不仅依赖于其父母基因的拷贝。由于这种程度的变异，自然选择作用于单个基因的水平，而不是整个基因组。DNA转移如此频繁，以至于细菌可以有各种各样的基因组合和基因变异。

“如果没有深入的测序和仔细的分析，我们就无法检测和识别起作用的力量，而发现这些见解是否延伸到其他微生物群落将是令人兴奋的，”Bhaya指出。“从深海喷口到人类肠道或与植物根系有关的微生物多样性随处可见。使用单细胞测序、蛋白质组学和显微镜等方法，我们可以高精度和深度地探索这个看不见的重要世界。”