最新研究發現30億年前地球生命曾進入爆發期

Peter

　　



　　



　　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體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，蓝色代表基因復制，绿色代表基因横向转移，黄色代表基因丢失。



　　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氣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。



　　科学家们研制了一種“基因化石”，这種“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，当时生命形态復杂多样。



　　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，因为那个时期的软體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種细微的化石：DNA。



　　由于所有活着的生物體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與一種数学模型结合起来。这種数学模型考虑到了数百萬年间各種基因遗传、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與氧氣有关，因此阿尔姆和戴维首先考虑到，氧氣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，氧氣才开始在地球大氣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，利用氧氣的基因直到28亿年前的“太古代大爆发”末期才出现。这一发现與地球化学家关于“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氣，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。一種被称为“生氧光合作用”的光合作用被认为是與“大氧化事件”的氧氣产生有关，也與我们今天呼吸的氧氣有关。



　　“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、更復杂的微生物生态系统。”