氧气可能早在35亿年前就存在了

在地球的历史上，微生物可能在比最初认为的至少10亿年前进行光合作用产生氧气。

这一发现可能会改变地球上复杂生命如何以及何时进化的想法，以及它在其他星球上进化的可能性。

地球上的氧气& # 039；大气是复杂生命形式所必需的，它被用来在有氧呼吸过程中产生能量。

大约24亿年前，大气中的氧气含量急剧上升，但为什么会出现这种情况一直存在争议。有科学家认为，24亿年前，蓝藻生物首次进化时，就可以进行产氧(含氧)光合作用。

其他科学家认为，蓝藻在24亿年前进化了很长时间，但有东西阻止了氧气在空气中积累。

蓝藻显示了相对复杂的含氧光合作用——与今天所有植物的光合作用类型相同。因此，有人提出，早期形式的含氧光合作用可能在蓝藻之前就已经存在，导致生命中可用的低氧水平。

现在，由伦敦帝国理工学院领导的研究小组发现，在蓝藻进化之前，至少有十亿年的光合作用。他们发表在《地球生物学》杂志上的研究成果表明，在地球45亿年的历史中，含氧光合作用可能发生得非常早。

第一作者，帝国生命科学部的塔奈卡多纳博士说：& quot我们知道蓝藻很古老，但我们不& # 039；我不知道它有多古老。举个例子，如果蓝藻有25亿年的历史，就意味着含氧光合作用早在35亿年前就开始了。它表明，在生命起源之后，可能不需要几十亿年就可以开始像氧气光合作用这样的过程。"

如果含氧光合作用进化较早，可能意味着这是一个相对简单的进化过程。遥远的系外行星出现复杂生命的概率可能非常高。

利用地球上岩石的记录，科学家们很难搞清楚第一批制氧机是什么时候进化出来的。越古老的岩石越罕见，证明在这些古老岩石中发现的任何化石微生物使用或产生任何数量的氧气也越困难。

相反，研究小组研究了与有氧光合作用相关的两种主要蛋白质的进化。

在光合作用的第一阶段，蓝藻在一种叫做光系统II的蛋白质化合物的帮助下，利用光能将水分解成质子、电子和氧气。

光系统II由两种叫做D1和D2的蛋白质组成。起初，这两种蛋白质是相同的，但尽管它们的结构非常相似，但它们的基本遗传序列现在不同了。

这表明D1和D2是分开进化的——它们在蓝藻和植物中只占其基因序列的30%。即使在它们的原始形态中，D1和D2也能进行含氧光合作用，所以知道它们多久前是一样的就能揭示这种能力最初是何时进化的。

为了找出D1和D2 100%相同的时差，而在蓝藻和植物中只有30%相同，研究小组确定了蛋白质变化的速度——它们的进化速度。

利用强大的统计方法和光合作用进化过程中的已知事件，他们确定光系统II中的D1和D2蛋白质进化非常缓慢——甚至比生物学中一些最古老的蛋白质还慢，这些蛋白质被认为是最早的形式。生活。

由此，他们计算出相同的D1和D2蛋白与蓝藻和植物中30%的相似版本之间的时间至少是10亿年，并且可能超过这个数字。

卡多纳博士说：一般认为氧光合作用和蓝藻一样。因此，为了找出氧气最初产生的时间，研究人员试图找出蓝藻最初进化的时间。

"我们的研究表明，氧气光合作用很可能在最近的蓝藻祖先出现之前就开始了。这与目前的地质数据一致，这些数据显示30亿年前氧气或局部积累的氧气是可能的。

"所以有氧光合作用的起源和蓝藻的祖先不代表一个东西。两者之间可能会有很大的时间差距。这是一个巨大的变化。"

现在，该小组正试图重现D1和D2首次开发之前的照片系统的外观。利用今天所有物种的光系统遗传密码的已知变异，他们试图拼凑出他们祖先的光系统遗传密码。

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