分類和進化研究是生物學中zui古老的領域之一。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系的遠近，有人稱之為經典的方法，它是一百多年來完成微生物分類的主要方法。經典的方法是隨機的和不系統(tǒng)的，只適用于一些形態(tài)復雜的真核生物和較大的原核生物。現(xiàn)在，由于生物技術的不斷完善，人類對自然界的認識水平不斷地提高，就對以前的一些研究方法以及研究結果提出了質疑。如長久以來，生物界被劃分為原核、真核兩大界，認為真核生物由原始的原核生物進化而來。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)的古細菌(Archaebacteria)在生理生化諸多方面與一般的真細菌存在巨大差異，其分子機制亦相當*。那么，這類古細菌是否應當從原核生物中獨立出來而自成一個體系呢？近年來，由于分子生物學的迅速發(fā)展和廣泛應用，特別是蛋白質和核酸序列研究的突破性進展，使微生物系統(tǒng)分類的基礎發(fā)生了重大的變化，分類系統(tǒng)已經或正在隨著分子標準的不斷滲入而完善。所謂分子標準主要是指建立在DNA分析技術基礎上的分類方法。與表型特征相比較，核酸序列在生物體的進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化過程中的本質，其研究結論也更可靠。這樣，人們就將系統(tǒng)進化研究從宏觀逐漸轉向微觀，并把宏觀和微觀的特征結合起來，以便更準確地反映生物體間真正的進化關系。

早期的分子標準主要建立在諸如DNA堿基比例測定或核酸分子雜交等基礎上。我們知道，每一種生物體均有其*的、穩(wěn)定的核酸成分和結構；不同生物間核酸成分和結構的差異程度代表著它們之間親緣關系的遠近。由此，從核酸分子水平來研究生物的進化關系就成為分類學的一個新途徑，微生物分類學也不例外。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，即鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)在整個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。而G+Cmol％比例相似，可能屬于同種，也可能不是同種，因為堿基成分相似的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菌為不同的種，而不能確定含量相近的細菌必然屬于同一個種。若要進一步確定，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，就是采用來自一個菌株的放射性核酸與來自另一個菌珠的非放射性核酸，經熱變性之后，把兩種核酸樣品混合，使其復性，測定放射性結合鍵的百分率。百分率越高，說明兩者堿基順序的同源性越高，亦即親緣關系越近。核酸分子雜交技術對解決種水平上的分類學問題和確定新種是十分有效的。

從20世紀70年代初起，16S rRNA序列分析成為細菌分類的一個重要指標。16SrRNA分子具高度的保守性，在30多億年的進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)進化問題，而且還以此為根據提出了生命體系的三界學說，引起了生物學家的普遍關注，并由此而引發(fā)了研究古細菌的熱潮。16SrRNA寡核苷酸順序分析所依據的基本原理是這樣的，用可專一性地水解G(鳥嘌呤)上3′端磷酸酯鍵的核糖核酸酶水解提純的rRNA，產生一系列以G為結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。但這種方法在當時是一項工作量大，實驗條件復雜和操作要求十分嚴格的分析技術，因此其應用仍然受一定的限制。

80年代中期，聚合酶鏈反應(PCR)的出現(xiàn)和完善，以及利用PCR擴增產物進行堿基序列分析方法的出現(xiàn)，使迅速得到特定DNA片段的遺傳信息成為現(xiàn)實，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)育關系。1996年8月，《science》發(fā)表了美國TICR(The Institute for Genomic Research)研究所的學術成果──產甲烷球菌的全基因組序列。這是自Woese提出三界學說以來測定的*個古核生物(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給出了產甲烷球菌的1738個基因的定位，經同源性搜索和GENEMARK的基因定位方法研究，結果表明，約有58％的基因在現(xiàn)有生物的基因數(shù)據庫中找不到同源序列。這足以說明產甲烷球菌上有著大量的新基因序列，從而為三界學說的建立和發(fā)展找到了堅實的證據。