有可能在地球的歷史上，至少在10億年前，微生物進行光合作用產生氧氣。
這一發(fā)現(xiàn)可能會改變地球上復雜生命進化的方式和時間的概念，以及它在其他行星上進化的可能性。
地球大氣中的氧氣是復雜生命形式所必需的，它被用來在有氧呼吸過程中產生能量。
大約24億年前，大氣中的氧氣含量急劇上升，但為什么會發(fā)生這種情況一直存在爭議。一些科學家認為，24億年前，當藍藻生物首次進化時，可以進行產氧(含氧)光合作用。
其他科學家認為，藍細菌在24億年前進化了很長一段時間，但有東西阻止了氧氣在空氣中積累。
藍細菌表現(xiàn)出相對復雜的含氧光合作用——與今天所有植物進行的光合作用類型相同。因此，有人提出，在藍藻出現(xiàn)之前，早期的含氧光合作用形式可能已經存在了很長時間，導致了生命中可利用的低氧水平。
現(xiàn)在，由倫敦帝國理工學院領導的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，在藍藻進化之前，至少有10億年的光合作用。他們發(fā)表在《地球生物學》雜志上的研究結果表明，在地球歷史的45億年中，含氧光合作用可能發(fā)生得非常早。
第一作者，帝國生命科學部的Tanai Cardona博士說：“我們知道藍藻非常古老，但我們不知道它有多古老。例如，如果藍藻有25億年的歷史，就意味著含氧光合作用早在35億年前就開始了。它表明，在生命起源之后，可能不需要幾十億年就能開始像氧氣光合作用這樣的過程。”
如果含氧光合作用進化較早，可能意味著這是一個相對簡單的進化過程。遙遠的系外行星出現(xiàn)復雜生命的概率可能非常高。
利用地球上巖石的記錄，科學家們很難發(fā)現(xiàn)第一批制氧機是何時進化的。越老的巖石越稀有，更難證明在這些古老巖石中發(fā)現(xiàn)的任何微生物化石使用或產生任何數(shù)量的氧氣。
相反，研究小組研究了與含氧光合作用相關的兩種主要蛋白質的進化。
在光合作用的第一階段，藍細菌利用光能，在稱為光系統(tǒng)的蛋白質復合物的幫助下，將水分解成質子、電子和氧氣。
光學系統(tǒng)二由兩種叫做D1和D2的蛋白質組成。起初，這兩種蛋白質是相同的，但盡管它們的結構非常相似，但它們的基本遺傳序列現(xiàn)在卻不同了。
這表明D1和D2是分開進化的——它們只占藍細菌和植物基因序列的30%。即使是原始形態(tài)，D1和D2也能進行含氧的光合作用，因此知道它們在多長時間前是相同的，就能揭示這種能力最初是何時進化的。
為了找出D1和D2 100%相同的時間差，以及它們在藍細菌和植物中只有30%相同，研究小組確定了蛋白質變化的速度——它們的進化速度。
利用強大的統(tǒng)計方法和光合作用進化中的已知事件，他們確定光系統(tǒng)二中的D1和D2蛋白質進化非常緩慢——甚至比生物學中一些最古老的蛋白質進化得更慢，這些蛋白質被認為是最早的形式。生活。
由此，他們計算出，相同的D1和D2蛋白與30%相似版本的藍細菌和植物之間的時間至少是10億年，并且可能超過這個數(shù)字。
卡多納博士說：“一般來說，氧氣光合作用和藍藻被認為是相同的。因此，為了弄清楚氧氣是何時首次產生的，研究人員試圖弄清楚藍細菌是何時首次進化的。
“我們的研究表明，氧氣光合作用可能在最近的藍藻祖先出現(xiàn)之前就開始了。這與目前的地質數(shù)據(jù)一致，這些數(shù)據(jù)表明30億年前氧氣或局部積累的氧氣是可能的。
“因此，含氧光合作用的起源和藍藻的祖先并不代表同一件事。他們之間可能有很大的時間差距。這是一個巨大的變化?！?
現(xiàn)在，該團隊正試圖重現(xiàn)D1和D2首次開發(fā)之前的照片系統(tǒng)。利用今天所有物種光系統(tǒng)遺傳密碼的已知變異，他們試圖拼湊祖先的光系統(tǒng)遺傳密碼。
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