科学家们帮助构建了一条详细的细菌进化时间线，表明一些细菌在进化出光合作用能力之前很早就已经使用氧气。
昆士兰大学的科学家们帮助构建了一条详细的细菌进化时间线，表明一些细菌在进化出光合作用能力之前很早就已经使用氧气。
这项多国合作研究由冲绳科学技术大学、布里斯托大学、昆士兰科技大学和昆士兰大学的研究人员主导，重点研究了微生物如何应对大氧化事件（GOE），即大约23.3亿年前的事件，这一事件将地球的大气从几乎缺乏氧气的状态改变为现在人类能够呼吸的状态。
昆士兰大学化学与分子生物科学学院的菲尔·哈根霍尔茨教授表示，确定细菌在大氧化事件之前、期间和之后的进化准确时间尺度一直很困难，因为化石证据不完整。
“大多数微生物生命没有直接的化石记录，这意味着地球上大部分生命历史缺乏化石，”哈根霍尔茨教授说。
“但我们知道古老的岩石中蕴藏着细菌生活和摄食方式的化学线索，我们通过同时分析地质和基因组记录来解决这些空白。”
“关键的创新是将大氧化事件作为时间边界，假设大多数需氧细菌的分支不太可能比这一事件更古老，除非化石或遗传信号暗示另外的情况。”
研究团队首先估算了祖先基因组中存在哪些基因。然后，他们使用机器学习预测每个祖先是否使用氧气生存。
为了最佳地利用化石记录，研究人员包括了与α-变形菌相关的线粒体基因和与蓝藻相关的叶绿体基因，从而使他们能利用早期复杂细胞的数据更好地估算事件发生的时间。
“结果表明，至少有3条需氧谱系在大氧化事件之前出现——相差近9亿年——这表明使用氧气的能力在其广泛积累于大气之前就已演化，”哈根霍尔茨教授说。
“证据表明，最早的需氧转变发生在大约32亿年前的蓝藻祖先中，这指向了一种可能性，即需氧代谢可能在氧光合作用进化之前就已存在。”
主要作者阿德里安·阿雷拉诺·达文博士表示，结合基因组数据、化石和地球化学历史的综合方法结合了先进技术，以澄清进化时间线。
“通过使用机器学习来预测细胞功能，我们不仅可以预测祖先细菌的需氧代谢，还可以开始利用不完整的基因组来预测其他可能影响当今世界的特征，例如某些细菌是否可能对抗生素产生抗性，”达文博士说。
