作者:贺梨萍 来源:澎湃新闻 发布时间:2021/2/26 13:58:00
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研究:最早用氧气的有机体31亿年前出现,比大氧化事件还早

 

地球上最早“呼吸”或者使用氧气的有机体是什么时候出现的?最新的研究显示可能是31亿年前。这一发现令人惊讶,因为大氧化事件(the Great Oxidation Event)是在24亿年前,在该事件中,大气的游离氧含量才突然增加。

以上发现来自当地时间2月25日国际权威期刊《自然生态与进化》发表的研究。魏茨曼科学研究所的生物化学家丹·陶菲克(Dan Tawfik)通过对所有已知的利用氧气和产生氧气的酶的系统发育分析,发现氧气早在大氧化事件发生之前就已广泛为活生物体所利用。具体来说,分析了130个原核生物家族的基因组,这些原核生物被认为是地球上最早的微生物、细菌和古细菌的后代。

研究团队利用大约700种使用或产生氧气的酶的基因,创造了一个进化家谱。然后,研究团队通过跟踪蛋白质的可能突变率来构建“分子时钟”。时钟使他们能够确定每种酶可能进化的时间。在他们研究的130个生物科中,研究团队非常有把握确定其中36个科的出现年代。陶菲克表示,对氧气的利用有一个暴发时间点,是30亿-31亿年前。36个科中有22个是在那个时候出现的,12个是后来出现的,只有两个是在那之前出现的。

加州大学戴维斯分校的进化生物学家帕特里克·施(Patrick Shih)对《自然》表示,看到这篇论文,他非常激动。能够利用氧气的蛋白质的出现,标志着有氧微生物出现的关键一步,而这些微生物已经能够利用氧气。加州大学河滨分校的生物地球化学家Tim Lyons对《自然》表示,从一个几乎无氧的世界到一个几乎有氧的世界的转变,是生命的重大突破之一。

科学家们普遍认为,地球早期的大气和海洋几乎都缺乏氧气。但也有一些反例,比如地球化学家发现了可追溯到30亿年前的矿床,这些矿床只能在氧气存在的情况下形成。2015年,一组地球化学家报告说发现大约在32亿年前,沉积在浅海富含铁的岩石层中有铁锈,这说明有氧气存在。通过化学分析,研究人员发现这古老铁锈的形成来自于生物的作用。一些证据表明,蓝藻可能早在35亿年前就出现了,蓝藻是最早将氧气作为呼出物的光合作用生物。

不过,对于这一研究,也有批评人士指出,如果氧气生产者和使用者来得那么早,它们会迅速蔓延到全球各地,因为利用氧气可以让生物体从食物中获取更多的能量。但大氧化事件直到24亿年前才发生。

 
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