分子进化研究表明，应该调换真菌的分类学位置。

大约10亿年前，地球经历了一次生物多样化大撞击。从进化上说，大量显著不同的多细胞生命形式突然地出现。进化树图以少数几根具稀疏分枝的长线描绘在那之前的生物多样性。在生物多样化大撞击处，分枝大量增加，形成那已被称为“真核树的树冠”，从较少类单细胞真核生物（复杂的具核细胞）发生出多类在真核主题上延续并修饰的多细胞有机体。

“在相对于整个进化时期而言的一段短暂时期内，这些分枝是难以解决的。”印地安那大学生物学教授杰弗里 · 帕尔默（Jeffrey D. Palmer）说。一场分类学挑战是确定真菌的位置，这类有机体常被看作植物或原生生物，但直到最近才被认为与动物近缘。帕尔默和加拿大国家研究委员会海洋生物科学研究所的桑德拉 · 巴尔道弗（Sandra L. Baldauf）利用分子进化方法揭示了真菌和动物之间明显的亲缘关系。他们在1993年12月的《国家科学院学报》上发表论文的标题很好地总结了这一工作：“动物和真菌彼此最近缘：来自多种蛋白质的一致证据。”

分类学的演变

自从公元前300年亚里士多德装配他的“大生物链”以来，记述有机体之间的相似性和区别已成为普遍之事。这种方案是试图从最简单到最复杂排列生命形式的顺序，主要基于个人的偏见。

从亚里士多德到19世纪中叶，生物学家将生物划分为他们所了解的植物或动物，而随着他们研究的种类增多，例外开始累积，1860~1866年，生物学家建立了至少4种分类示例，每一种包括容纳微小生命形式的第三界。

19世纪后期占优势的三界方案是德国博物学家厄斯特 · 海克尔（Ernst Haeckel）的，他的第三界——原生生物界包括所有单细胞生物，把原核生物和单细胞真核生物归并在一起。不过，海克尔的三界方案没有给真菌提供任何特定归属，而是依据真菌是由一个细胞还是多个细胞构成把真菌分别放置在原生生物和植物之中。

在大约1925年的生物系统树描绘中，根据具有细胞壁和缺乏运动性的相当肤浅的标准，让真菌居于植物中的一个低分枝。而到30年代后期和40年代早期，真菌学家开始发现，真菌组织根本不像植物的组织，其营养和繁殖方式也不同。真菌体由组织成菌丝体的长菌丝构成，而不是由花、叶、茎和根构成。真菌摄取营养是通过分泌消化酶于邻近环境的有机化合物上，然后吸收部分消化的产物。它们不像植物那样进行光合作用。还可依其能形成孢子和缺乏波动足来区别真菌，波动足是原生生物细胞运动的结构。

“真菌显然与植物不太近缘。真菌细胞壁完全不同，由几丁质而非纤维素构成。它们没有叶绿体，它们的机体组成不相似。”俄亥俄州迈阿密大学动物学教授汤姆 · 格雷格（Tom Gregg）说。

对增多的真菌鉴别特征的认识，1938年提出一个方案，将真菌与原生生物和红、褐藻划归原生生物界，其成员有具核细胞但既非植物也非动物，即使就新的分类来说，真菌作为植物变体的观点仍然存在。威廉 · 基顿（William T. Keeton）在其1967年第一版经典生物学教科书《生物科学原理》中，将真菌定义为“一类比较原始的植物，其成员缺乏叶绿素，因而不能自己制造食物。”

真菌学家仍倾向于同植物研究人员为伍。马萨诸塞州伍兹 · 霍尔海洋生物学实验室分子进化项目主任米切尔 · 索金（Mitchell Sogin）说：“如果查阅文献，可知真菌学家在植物学期刊上发表论文，参加植物学会议

但是，随着技术发展，真菌和植物之间的差别不断出现。“起初，在显微镜发明以前，人们观察真菌，说它们显得粘滑，与绿色（对于植物）”和运动（对于动物）相对。后来，由于发明了较高精的显微镜，我们能更细微地看到更多特征。现在我们利用蛋白质和基因材料。我们试图进一步证实可从形态学、生物化学和超微结构（研究）得到的信息，它们都相互补充。”新泽西州鲁杰尔斯大学海洋和海岸科学研究所博士后研究人员帕特丽夏 · 韦因赖特（Patricia O. Wainright）说。

“足够的发现终于表明，真菌确实不是植物，因此它们被提升成独立的真核界”，索金说。关键的实验提供了植物、动物和真菌在自然生态系统中的作用的线索，确立了由于真菌吸收性的消化作用，它们的生态作用是充当分解者，显然区别于进行光合作用的植物生产者。

当时的纽约布鲁克林学院教授罗伯特 · 魏泰克（Robert Wittaker）做了很多这方面的工作。“真菌界”在他1959年发表于《生物学季刊》上的论文中首次露面。魏泰克的四界演化树将原生界置于底部，用同等而分离的世系从它发生出植物、真菌和动物。他的原生生物包括原核生物和单细胞真核生物。而到1969年，魏泰克将其演化树改成包含五界，将单细胞生物分为原核生物和真核生物，认识了核引起的深刻差别，他的五界系统最初发表于《科学》上，已保留至今，虽然各个时期提出各种少则1界、多则达13界的分类学框架。

分子揭示意外的与动物的亲缘关系

真菌是与其他多细胞界成员同等不亲缘还是与植物或动物有一共同的多细胞祖先？信息聚合物——蛋白质和核酸的序列现在把真菌放在与动物较近缘的位置。

1987年，托 · 卡维利尔-史密斯（Thomas Cavalier-Smith）在《真菌的进化生物学》（剑桥大学出版社，纽约）一书中提出，根据生物化学和超微结构标准，譬如复杂的生物合成途径和线粒体的脊结构，真菌与动物比与植物更近缘。真菌在多细胞界的地位问题对于作分子分析是成熟的了。

支待分子系统学的基本原理是，很有可能，具有相同的蛋白质氨基酸序列、DNA或RNA核苷酸碱基序列或者染色体带的两物种从某一共同祖先继承独特的序列，而不会在无亲缘的个体中偶然产生精确相同的序列。“我们能够根据分子数据更好地综合已知超微结构和形态学特征于一框架”，韦因赖特说。

然而，正如任何以往的生物证据一样，分子数据的价值是有限的。恰恰几年前，生物学家利用蛋白质或核酸中的氨基酸或碱基替换率，通过倒推来估计来自共同祖先的两物种趋异的时间框架，90年代的分子进化论者较为保守，对引证近似的物种趋异年代也犹豫不决。理由是不同的基因及其编码的蛋白质以不同的速率发生突变，怎么能知道哪个分子真正在种级水平反映事实？“我们得悉比较的基因片段越多、基因变化速率越大，若有的话，少量蛋白质或基因是很可靠的分子‘钟’显然越多，”柏尔默说。因此，基因和蛋白质序列能够提供两物种之间关系的线索，但并非精确的年代。

通常用于译释进化关系的一类分子是核糖体RNA（rRNA）。因为这些古老的分子在整个生物各界的多种有机体上得到充分研究，索金和韦因赖特应用计算机技术，分析了涉及从简单的原生生物到植物、动物和真菌的真核生物主要类群许多种的小rRNA亚基核苷酸碱基序列数据库。他们的结论是真菌与动物比与植物更近缘，他们和另一些人提出，真菌和动物之间扔近的共同祖先是同现代生物领鞭虫类相似的一种具鞭毛的原生生物，它们的特征是平扁的线粒体脊和一根后鞭毛。

将动物放在同植物比同真菌较近缘位置的早期rRNA研究是有缺陷的，帕尔默说，在那些研究中，他们仅考虑动物、真菌和植物各1~3种。有一项研究仅从酵母取样作为所有真菌的代表。

几乎同时，索金和韦因赖特比较了rRNA序列，帕尔默实验室当时的博士后研究人员桑德拉 · 巴尔道弗发现了一些引起兴趣的事情。“她发现延长因子-1α（EF-1α）有一段12氨基酸插入物，且奇特的是只有动物和真菌共有它，这引起了我们的注意！”帕尔默回忆道这是真菌与动物较近缘的一个强有力指征；但这只是一个特征。”他补充说。

巴尔道弗和帕尔默因而开始研究蛋白质序列数据试图确立一类分子，其序列足够长且在充分数量的种类中已知的，以使系统发育（进化）分析富有意义。“极其重要的是有足够的数量和广泛地从代表性的真核生物主要类群取样，有一些实例，从用少量分类群的数据集开始，当增加种类数量时，系统树拓扑学发生变化”，柏尔默说。

他们鉴定了可能进行序列比较的25种候选蛋白质，而只有4种符合其严格的标准：EF-1α、肌动蛋白、α-微管蛋白和中微管蛋白。他们所考虑的种类的名单读起来像现代生物学研究中模式生物“名人录”，包括草履虫（Paramecium）、拟南芥（Arabidopsis）、果蝇｛Drosophila）、爪蛙（Xenopus）、大肠杆菌（Escherichia coli）、许多种原生生物、原始细菌和真菌。

帕尔默和巴尔道弗总共发现了几条证据，有理由把真菌放在与动物比与植物较近的位置。4种入选蛋白质（EF-1α、肌动蛋白和2种微管蛋白）的氨基酸序列在真菌与动物之间比真菌与他类生物之间更接近。巴尔道弗和帕尔默用另一种方法检查了几种氨基酸的插入和缺失，在EF-1α和另一种蛋白质烯醇酶中作这方面检查，他们得到了同样的结论。

所分析蛋白质功能的多样性增强了真菌和动物是亲缘类群的论据。烯醇酶是催化糖酵解途径中一种反应的酶，肌动蛋白和微管蛋白是细胞骨架的成分，EF-1α参与蛋白质合成。

真菌的新视域

蘑菇同人类比同万寿菊更近缘，这种变革的含意是什么？无论如何，生物学家将更密切地注视真菌和动物共有的特征特性，如生物化学途径方面的相似性。索金说，“试想一种生物似乎真正没有归属作何解释，发现你与动物共有最近的祖先又怎样。这可能正迫使一些部门重新考虑他们将真菌学家算入哪里——植物学还是动物学内？”

帕尔默恢复了10亿年前突然出现在地球上的大真核生物系统树冠。“我们已做的是通过将动物和真菌一起放在较近的位置而解决这个树冠的一部分。我非常想看到还有多少问题将得以解决，多少问题将仍然朦胧。”

[Bioscience，1994年第44卷第6期］