Science：细菌的氧代谢在地球大氧化事件之前就出现了

Science：A geological timescale for bacterial evolution and oxygen adaptation

　　

根据一项新的研究，细菌可能在地球大气层饱和之前就已经适应了氧气。研究人员利用机器学习和其他方法追踪了数十亿年来微生物的进化过程，结果表明，氧气耐受性的进化早于大氧化事件（GOE），这不仅对蓝藻中含氧光合作用的起源至关重要，而且对地球大气的进化也至关重要。这些发现强调了生物进化和地球地质历史之间的动态关系。

微生物生命已经主宰了地球的历史至少37亿年。然而，鉴于地球上最早的生命形式在化石记录中很少出现，特别是在深层地质时代，人们对它们的进化知之甚少。代替化石证据，研究人员使用微生物生物活动的地球化学记录来估计关键细菌谱系的年龄及其代谢创新。

约24亿年前（Ga）的GOE标志着大气中氧气的积累。这一转变事件被认为是由氧气光合作用的出现所驱动的——一种可能出现在3.22 Ga的蓝藻的进化创新。然而，尽管在GOE之前就有了这种创新，但人们认为，在GOE之前，大多数生命都是厌氧的，直到大气中的氧气水平开始上升。有氧生命在GOE之前存在的程度仍然是一个争论的主题，适应氧气的细菌谱系的进化时间表仍然没有得到很好的限制。

为了解决这一问题，Adrián Davín及其同事利用跨越细菌分类学的1007个基因组构建了细菌物种树。然后，利用机器学习和系统发育调节，Davín等人确定了细菌基因组中氧适应的独特进化特征，并预测了祖先从厌氧生活方式向有氧生活方式转变的谱系。这使得作者能够追踪细菌在很长一段时间内氧气使用的演变。

根据研究结果，早期需氧细菌出现在GOE之前，大约在3.22到3.25 Ga之间，这表明有氧代谢在一些谱系中进化-可能是蓝藻的祖先-在氧气光合作用出现之前。在GOE之后，有氧代谢出现了强烈的多样化，这使得氧适应谱系的多样化率高于无氧谱系。