氧气早在35亿年前就能存活

有可能在地球的历史上，至少在10亿年前，微生物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进化的方式和时间的概念，以及它在其他行星上进化的可能性。

地球大气中的氧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，但为什么会发生这种情况一直存在争议。一些科学家认为，24亿年前，当蓝藻生物首次进化时，可以进行产氧(含氧)光合作用。

其他科学家认为，蓝细菌在24亿年前进化了很长一段时间，但有东西阻止了氧气在空气中积累。

蓝细菌表现出相对复杂的含氧光合作用——与今天所有植物进行的光合作用类型相同。因此，有人提出，在蓝藻出现之前，早期的含氧光合作用形式可能已经存在了很长时间，导致了生命中可利用的低氧水平。

现在，由伦敦帝国理工学院领导的一个研究小组发现，在蓝藻进化之前，至少有10亿年的光合作用。他们发表在《地球生物学》杂志上的研究结果表明，在地球历史的45亿年中，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Tanai Cardona博士说：“我们知道蓝藻非常古老，但我们不知道它有多古老。例如，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能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，科学家们很难发现第一批制氧机是何时进化的。越老的岩石越稀有，更难证明在这些古老岩石中发现的任何微生物化石使用或产生任何数量的氧气。

相反，研究小组研究了与含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，蓝细菌利用光能，在称为光系统的蛋白质复合物的帮助下，将水分解成质子、电子和氧气。

光学系统二由两种叫做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却不同了。

这表明D1和D2是分开进化的——它们只占蓝细菌和植物基因序列的30%。即使是原始形态，D1和D2也能进行含氧的光合作用，因此知道它们在多长时间前是相同的，就能揭示这种能力最初是何时进化的。

为了找出D1和D2 100%相同的时间差，以及它们在蓝细菌和植物中只有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中的已知事件，他们确定光系统二中的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进化得更慢，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30%相似版本的蓝细菌和植物之间的时间至少是10亿年，并且可能超过这个数字。

卡多纳博士说：“一般来说，氧气光合作用和蓝藻被认为是相同的。因此，为了弄清楚氧气是何时首次产生的，研究人员试图弄清楚蓝细菌是何时首次进化的。

“我们的研究表明，氧气光合作用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，这些数据表明30亿年前氧气或局部积累的氧气是可能的。

“因此，含氧光合作用的起源和蓝藻的祖先并不代表同一件事。他们之间可能有很大的时间差距。这是一个巨大的变化。”

现在，该团队正试图重现D1和D2首次开发之前的照片系统。利用今天所有物种光系统遗传密码的已知变异，他们试图拼凑祖先的光系统遗传密码。

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