據美國物理學家組織網12月20日(北京時間)報道,化石有助於(yu) 古生物學家編寫(xie) 自那時起的生命進化史,但要繪製出早於(yu) 寒武紀的30億(yi) 年前的生命圖景,還非常困難。因為(wei) 寒武紀前的軟體(ti) 動物細胞很少留下化石印記,但這些早期的生命卻留下了一些微小的化石:DNA。麻省理工學院的生物學家利用現代基因組,在一係列基因進化規則之下重新構造了古老的微生物,並鑒別出了許多跟氧氣有關(guan) 的新基因,首次提出可能是氧氣的出現導致了“太古代大爆發”(Archean Expansion)。
研究人員埃裏克·阿爾姆和博士生勞倫(lun) 斯·戴維從(cong) 100個(ge) 現代基因組中找到了曾首次在地球上出現的數千個(ge) 基因,並用這些基因生成了基因組化石,通過對基因組化石的研究,可以發現這些基因的出現時間和哪些微生物擁有這些基因。研究顯示,該基因組化石為(wei) 33億(yi) —28億(yi) 年前這段時間所有生命的共同基因組,而在此期間,地球現存基因族係中的27%已經出現。他們(men) 將這一時期命名為(wei) “太古代大爆發”。
研究發現,直到25億(yi) 年前,地球大氣中才出現了氧氣並逐漸積累,由此在“大氧化事件”中殺死了大量的厭氧生物。“大氧化事件”可能是細胞生命史中最大的悲劇事件,我們(men) 卻沒有它的任何生物記錄。
經過進一步分析顯示,利用氧氣的基因直到28億(yi) 年前“太古代大爆發”末期才出現,這更為(wei) 基因化學家所設想的“大氧化事件”增加了證據。
研究人員認為(wei) ,正是一種有氧光合作用,形成了“大氧化事件”中的氧氣,也形成了我們(men) 今天所呼吸的氧氣。太古代時期電子轉移(指細胞膜內(nei) 部的生物化學過程,伴隨著植物或微生物呼吸氧氣的光合作用而發生,由此直接固定來自於(yu) 陽光的能量。)逐漸進化,經過生命曆史的幾個(ge) 關(guan) 鍵階段,包括光合作用和呼吸,最終使大量的能量被固定下來,存儲(chu) 在生物圈中。
“據我們(men) 的研究結果,尚不能判斷是否電子轉移的進化直接造成了‘太古代大爆發’。”戴維說,“但我們(men) 推測是出現了一種讓生物圈獲得大量的能量的方法,從(cong) 而產(chan) 生了更複雜的微生物係統。”
通過分析與(yu) 基因有關(guan) 的金屬和分子,以及它們(men) 在長期內(nei) 的演變,戴維和阿爾姆也研究了“太古代大爆發”之後微生物基因組的進化。他們(men) 發現利用氧氣的基因比例越來越大,與(yu) 銅和鉬相關(guan) 的酶也是如此,這與(yu) 地質學的進化記錄相一致。