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  大约在30亿年前随着早期生命开始学会如何利用来自太阳的能量,地球上的生命突然进入一个爆发期。

  本图显示了生命之树截面上古代基因组中基因家族的进化。其中,小圆形分格的大小表示体系中进化事件的数量,薄片代表事件类型,如红色代表基因形成,蓝色代表基因复制,绿色代表基因横向转移,黄色代表基因丢失。

  北京时间12月22日消息,据国外媒体报道,美国麻省理工学院科学家近日研究发现,大约在30亿年前随着早期动物开始学会如何利用来自太阳的能量,地球上的生命突然进入一个爆发期。

  科学家们对远古基因进行了深入研究,并绘制出一幅地球最早期动物的图景。他们认为,当微生物开始学会利用氧气和来自太阳的能量生活时,最早期的生命开始进化和发展。美国麻省理工学院研究人员研究了1000个如今仍然存在的关键基因,并掌握了它们是如何从远古时期进化过来的。

  科学家们研制了一种“基因化石”,这种“基因化石”不仅仅可以告诉人们基因是如何形成的,也可以让人们知道远古微生物是如何支配这些基因的。他们的计算结果显示,所有的现存基因,大约有27%形成于33亿年前到28亿年前之间。在大约5.8亿年前,地球上的生命开始进入了一个快速变化时期,即寒武纪生命大爆发时期,当时生命形态复杂多样。

  化石可以帮助古生物学家制定出生命进化的编年史,但是如果想绘制出寒武纪之前的30亿年间的生命图景则相当困难,因为那个时期的软体动物很少会留下化石印迹。不过,那些早期生命形态仍然留下了一种细微的化石:DNA。

  由于所有活着的生物体都从父辈那里遗传基因组,因此麻省理工学院的计算生物学家推理认为,他们可以利用现代基因组推想古代微生物的进化过程。他们将不断增长的基因组库中的信息与一种数学模型结合起来。这种数学模型考虑到了数百万年间各种基因遗传、交换和丢失的因素。

  科学家埃里克-阿尔姆和劳伦斯-戴维将这一时期称为“太古代大爆发”。由于他们识别的许多新基因都与氧气有关,因此阿尔姆和戴维首先考虑到,氧气的出现可能也是造成“太古代大爆发”的原因之一。科学家认为,直到大约25亿年前,氧气才开始在地球大气层中出现并不断积聚,并可能在“大氧化事件”中杀死了大量的厌氧生命。阿尔姆表示,“‘大氧化事件’可能是细胞生命史上最严重的灾难事件,不过我们还没有发现任何的生物学记录。”

  然而,进一步深入研究发现,利用氧气的基因直到28亿年前的“太古代大爆发”末期才出现。这一发现与地球化学家关于“大氧化事件”的设想更为一致。阿尔姆和戴维相信,他们已经发现了现代电子转移的最初来源。电子转移是一个生物化学过程,它负责在细胞膜内运送电子。电子转移被动物用来呼吸氧气,植物和某些微生物在光合作用时也需要这一过程,光合作用直接收获太阳的能量。一种被称为“生氧光合作用”的光合作用被认为是与“大氧化事件”的氧气产生有关,也与我们今天呼吸的氧气有关。

  “太古代大爆发”期间的电子转移进化应该经历了生命历史的数个关键阶段,如光合作用、呼吸作用等,两个阶段都导致生物圈收获和存储了大量的能量。戴维表示,“我们的研究结果并没有说明电子转移的进化是否直接导致‘太古代大爆发’。但是,我们可以推测到,生物圏得到了更多的能量,因此可以支持更大、更复杂的微生物生态系统。”(彬彬)

 

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