分類和進(jìn)化研究是生物學(xué)中zui古老的領(lǐng)域之一。過去的研究主要依靠生物體的形態(tài)，并輔以生理特征，來探討生物間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，有人稱之為經(jīng)典的方法，它是一百多年來完成微生物分類的主要方法。經(jīng)典的方法是隨機(jī)的和不系統(tǒng)的，只適用于一些形態(tài)復(fù)雜的真核生物和較大的原核生物?，F(xiàn)在，由于生物技術(shù)的不斷完善，人類對自然界的認(rèn)識(shí)水平不斷地提高，就對以前的一些研究方法以及研究結(jié)果提出了質(zhì)疑。如以來，生物界被劃分為原核、真核兩大界，認(rèn)為真核生物由原始的原核生物進(jìn)化而來。但隨著對原核生物各類群的研究的深入，卻發(fā)現(xiàn)許多生活在環(huán)境(高鹽、高溫、pH值)的古細(xì)菌(Archaebacteria)在生理生化諸多方面與一般的真細(xì)菌存在巨大差異，其分子機(jī)制亦相當(dāng)*。那么，這類古細(xì)菌是否應(yīng)當(dāng)從原核生物中獨(dú)立出來而自成一個(gè)體系呢？近年來，由于分子生物學(xué)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，特別是蛋白質(zhì)和核酸序列研究的突破性進(jìn)展，使微生物系統(tǒng)分類的基礎(chǔ)發(fā)生了重大的變化，分類系統(tǒng)已經(jīng)或正在隨著分子標(biāo)準(zhǔn)的不斷滲入而完善。所謂分子標(biāo)準(zhǔn)主要是指建立在DNA分析技術(shù)基礎(chǔ)上的分類方法。與表型特征相比較，核酸序列在生物體的進(jìn)化過程中較少受到環(huán)境的影響，因而更能反映出生物體在演變進(jìn)化過程中的本質(zhì)，其研究結(jié)論也更可靠。這樣，人們就將系統(tǒng)進(jìn)化研究從宏觀逐漸轉(zhuǎn)向微觀，并把宏觀和微觀的特征結(jié)合起來，以便更準(zhǔn)確地反映生物體間真正的進(jìn)化關(guān)系。

早期的分子標(biāo)準(zhǔn)主要建立在諸如DNA堿基比例測定或核酸分子雜交等基礎(chǔ)上。我們知道，每一種生物體均有其*的、穩(wěn)定的核酸成分和結(jié)構(gòu)；不同生物間核酸成分和結(jié)構(gòu)的差異程度代表著它們之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。由此，從核酸分子水平來研究生物的進(jìn)化關(guān)系就成為分類學(xué)的一個(gè)新途徑，微生物分類學(xué)也不例外。zui早在1956年由Lee等提出了DNA堿基比例的測定方法。DNA堿基比例主要是指“G+Cmol％”比例，即(G)和胞嘧啶(C)在整個(gè)DNA中的摩爾百分比。不同種的微生物，其4種堿基的含量及排列順序不同，因此G+Cmol％比例一般會(huì)隨種的不同而有變化。一般來說，G+Cmol％差異愈大，分類地位愈疏遠(yuǎn)。而G+Cmol％比例相似，可能屬于同種，也可能不是同種，因?yàn)閴A基成分相似的DNA可能有很多種堿基順序。例如，螺菌屬(Spirillum)的G+Cmol％比例是38％～65％，輻度過寬。后來根據(jù)其堿基成分和其他特征的不同已被劃分成3屬：螺菌屬(Spirillum，38％)、海洋螺菌屬(Oceanspirillum，42％～48％)和水生螺菌屬(Aquaspirillum，50％～56％)。
如前所述，測定DNA的G+Cmol％比例只能確定含量不同的細(xì)菌為不同的種，而不能確定含量相近的細(xì)菌必然屬于同一個(gè)種。若要進(jìn)一步確定，還必須借助其他方法，例如核酸分子雜交方法。研究DNA-DNA或DNA-RNA雜交zui方便的方法，就是采用來自一個(gè)菌株的放射性核酸與來自另一個(gè)菌珠的非放射性核酸，經(jīng)熱變性之后，把兩種核酸樣品混合，使其復(fù)性，測定放射性結(jié)合鍵的百分率。百分率越高，說明兩者堿基順序的同源性越高，亦即親緣關(guān)系越近。核酸分子雜交技術(shù)對解決種水平上的分類學(xué)問題和確定新種是十分有效的。

從20世紀(jì)70年代初起，16S rRNA序列分析成為細(xì)菌分類的一個(gè)重要指標(biāo)。16SrRNA分子具高度的保守性，在30多億年的進(jìn)化中仍保持著原初的狀態(tài)，因此可用作探索自古至今生物的主要進(jìn)化歷程，是一種理想的研究材料。1977年，Woese等人測定了200多種原核生物的16SrRNA和真核生物的18SrRNA的寡核苷酸順序譜，經(jīng)比較研究，不但搞清了原核生物和真核生物的許多系統(tǒng)進(jìn)化問題，而且還以此為根據(jù)提出了生命體系的三界學(xué)說，引起了生物學(xué)家的普遍關(guān)注，并由此而引發(fā)了研究古細(xì)菌的熱潮。16SrRNA寡核苷酸順序分析所依據(jù)的基本原理是這樣的，用可專一性地水解G()上3′端磷酸酯鍵的核糖核酸酶水解提純的rRNA，產(chǎn)生一系列以G為結(jié)尾的長度不一的寡核苷酸片段，一一測定其核苷酸序列，zui后把它們編成一部“詞典”。兩個(gè)菌株rRNA的相似性就可通過查閱“詞典”來作比較。但這種方法在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)工作量大，實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜和操作要求十分嚴(yán)格的分析技術(shù)，因此其應(yīng)用仍然受一定的限制。

80年代中期，聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)的出現(xiàn)和完善，以及利用PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行堿基序列分析方法的出現(xiàn)，使迅速得到特定DNA段的遺傳信息成為現(xiàn)實(shí)，這樣就使得人們可以用完整而不是部分的DNA序列來判斷生物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。1996年8月，《science》發(fā)表了美國TICR(The Institute for Genomic Research)研究所的學(xué)術(shù)成果──產(chǎn)甲烷球菌的全基因組序列。這是自Woese提出三界學(xué)說以來測定的*個(gè)古核生物(Archaea)的全基因組序列，從而為古核生物的研究提供了充分的序列材料。TIGR給出了產(chǎn)甲烷球菌的1738個(gè)基因的定位，經(jīng)同源性搜索和GENEMARK的基因定位方法研究，結(jié)果表明，約有58％的基因在現(xiàn)有生物的基因數(shù)據(jù)庫中找不到同源序列。這足以說明產(chǎn)甲烷球菌上有著大量的新基因序列，從而為三界學(xué)說的建立和發(fā)展找到了堅(jiān)實(shí)的證據(jù)。