大約24億年前的大氧化事件（GOE）形成了今天許多生物賴以生存的富氧大氣。
奇怪的是，當(dāng)涉及到積極利用這種元素進(jìn)行呼吸的進(jìn)化方式時，一些細(xì)菌菌株已經(jīng)領(lǐng)先一步。
利用細(xì)菌基因組數(shù)據(jù)、地質(zhì)標(biāo)記和旨在發(fā)現(xiàn)遺傳模式的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的組合，一個國際研究小組尋找描述最早有氧（氧氣呼吸）細(xì)菌的證據(jù)。
雖然大多數(shù)菌株在GOE之后都具備了耐受和利用氧氣的能力，但研究人員確實發(fā)現(xiàn)了一些異常情況 —— 某些細(xì)菌在地球大氣中氧氣水平迅速上升前約9億年是有氧的。
在1007種相關(guān)細(xì)菌中，研究人員發(fā)現(xiàn)了80多種從不能使用氧氣的代謝到可以使用氧氣的代謝的遺傳轉(zhuǎn)變。根據(jù)突變積累速度的估計表明，至少有一些突變發(fā)生在地球大氣中氧氣含量顯著上升之前。
研究人員在他們發(fā)表的論文中寫道：“至少有三個轉(zhuǎn)變發(fā)生在 [GOE] 之前，這表明有氧呼吸在廣泛的大氣氧化作用之前就已經(jīng)進(jìn)化出來了，這可能促進(jìn)了藍(lán)藻中含氧光合作用的進(jìn)化。”
換句話說，這些早期的氧氣呼吸者可能為它們的后代利用水和二氧化碳捕捉陽光奠定了基礎(chǔ)，釋放了儲存的氧氣，這就是后來的大氧化事件。
我們有很多事情要感謝這些小微生物。隨著氧含量的增加，已經(jīng)利用這種元素的細(xì)菌可以比它們的厭氧表親更快地忍受它的影響。生存的游戲改變了，最終導(dǎo)致了我們現(xiàn)在的處境。
這里有一些假設(shè)，關(guān)于現(xiàn)代細(xì)菌的基因如何與古代細(xì)菌的基因聯(lián)系起來 —— 并做同樣的氧氣處理工作 —— 但研究人員相信，他們包括了足夠的細(xì)菌種類和確鑿的證據(jù)來證實這種聯(lián)系。
研究人員寫道：“這使我們能夠根據(jù)生物圈氧合作用的記錄來校準(zhǔn)細(xì)菌的進(jìn)化，極大地增加了有限的早期生命化石記錄，并為深時間進(jìn)化研究帶來了新的分辨率。”
這些發(fā)現(xiàn)不僅證實了有氧細(xì)菌的歷史可以追溯到很久以前的觀點，還為我們提供了更多證據(jù)，證明藍(lán)藻的進(jìn)化相對緩慢，其根源可以追溯到遠(yuǎn)在GOE之前。
研究人員希望在這里使用的技術(shù)組合 —— 將不同的工具結(jié)合起來填補(bǔ)我們知識的空白 —— 可以幫助研究地球最早生命形式的其他特征的發(fā)展。
研究人員寫道：“這里開發(fā)的方法為將微生物特征與地球地球化學(xué)歷史聯(lián)系起來提供了一個框架，為探索地球歷史背景下其他表型的進(jìn)化提供了一條途徑。”
這項研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
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