地球上最早“呼吸”或者使用氧氣的有機體是什麽時候出現的?最新的研究顯示可能是31億年前。這一發現令人驚訝,因爲大氧化事件(the Great Oxidation Event)是在24億年前,在該事件中,大氣的遊離氧含量才突然增加。

以上發現來自當地時間2月25日國際權威期刊《自然生態與進化》發表的研究。魏茨曼科學研究所的生物化學家丹·陶菲克(Dan Tawfik)通過對所有已知的利用氧氣和産生氧氣的酶的系統發育分析,發現氧氣早在大氧化事件發生之前就已廣泛爲活生物體所利用。具體來說,分析了130個原核生物家族的基因組,這些原核生物被認爲是地球上最早的微生物、細菌和古細菌的後代。

研究團隊利用大約700種使用或産生氧氣的酶的基因,創造了一個進化家譜。然後,研究團隊通過跟蹤蛋白質的可能突變率來構建“分子時鍾”。時鍾使他們能夠確定每種酶可能進化的時間。在他們研究的130個生物科中,研究團隊非常有把握確定其中36個科的出現年代。陶菲克表示,對氧氣的利用有一個暴發時間點,是30億-31億年前。36個科中有22個是在那個時候出現的,12個是後來出現的,只有兩個是在那之前出現的。

加州大學戴維斯分校的進化生物學家帕特裏克·施(Patrick Shih)對《自然》表示,看到這篇論文,他非常激動。能夠利用氧氣的蛋白質的出現,標志著有氧微生物出現的關鍵一步,而這些微生物已經能夠利用氧氣。加州大學河濱分校的生物地球化學家Tim Lyons對《自然》表示,從一個幾乎無氧的世界到一個幾乎有氧的世界的轉變,是生命的重大突破之一。

科學家們普遍認爲,地球早期的大氣和海洋幾乎都缺乏氧氣。但也有一些反例,比如地球化學家發現了可追溯到30億年前的礦床,這些礦床只能在氧氣存在的情況下形成。2015年,一組地球化學家報告說發現大約在32億年前,沉積在淺海富含鐵的岩石層中有鐵鏽,這說明有氧氣存在。通過化學分析,研究人員發現這古老鐵鏽的形成來自于生物的作用。一些證據表明,藍藻可能早在35億年前就出現了,藍藻是最早將氧氣作爲呼出物的光合作用生物。

不過,對于這一研究,也有批評人士指出,如果氧氣生産者和使用者來得那麽早,它們會迅速蔓延到全球各地,因爲利用氧氣可以讓生物體從食物中獲取更多的能量。但大氧化事件直到24億年前才發生。

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