91经典在线,在线观看免费国产精品,神马久久一区二区,欧美综合视频在线观看,а天堂8中文最新版在线官网,欧美美女啪啪,永久免费看成人av的动态图

地球自形成以來，經(jīng)歷了46億年的漫長演化。大約在25億年前，原本富含甲烷的地球大氣突然開始積累游離氧氣，這一事件被稱為“大氧化事件”（Great　Oxygenation　Event,　GOE）。

最近發(fā)表在《科學》上的一項研究發(fā)現(xiàn)，當時的古細菌為了生存，竟然在好氧菌與厭氧菌之間反復“橫跳”。好氧菌是在有氧環(huán)境中生長并依賴氧氣進行能量代謝的微生物，而厭氧菌則在無氧環(huán)境中生長，部分種類甚至無法在有氧條件下存活。

古老的細菌記錄：無氧世界的“原住民”

在距今約38億至25億年前的太古宙，大氣圈與水圈的氧氣含量極低，不足現(xiàn)代大氣水平的十萬分之一，這時出現(xiàn)的原核生物主要依賴硫酸鹽或甲烷等物質(zhì)作為維持生命的來源。目前，最古老的硫酸鹽還原細菌的記錄來自2001年發(fā)表在《自然》上的一項研究，該研究通過分析西澳大利亞北極約34.7億年前形成的重晶石中的硫同位素，發(fā)現(xiàn)了由細菌活動產(chǎn)成的微觀硫化物。

無獨有偶，2021年發(fā)表在《科學進步》的一項研究發(fā)現(xiàn)了距今約34.2億年的絲狀微生物化石，研究者認為這些微生物可能為產(chǎn)甲烷或甲烷氧化菌。盡管太古宙的生存環(huán)境極其惡劣，這些地球早期的“原住民”卻十分適應(yīng)當時的無氧環(huán)境。

地球大氣氧含量隨時間的變化，PAL指的是現(xiàn)代大氣水平。

（圖片來源：參考文獻[1]）

適者生存：古細菌的“隨機應(yīng)變”

當時間來到25億年前，地球告別太古宙，邁進元古宙，地球氧氣水平在短時間內(nèi)激增至現(xiàn)代大氣水平的1%，這一劇變對已經(jīng)適應(yīng)太古宙無氧環(huán)境的“原住民”來說無疑是滅頂之災?！按笱趸录焙?，有氧呼吸逐漸登上歷史舞臺，由于有氧呼吸更高效的能量利用方式，進一步促進了生命的繁盛和進化。

然而，在如此大勢下，古細菌生活方式的改變并非一蹴而就，而是彼此相互斗爭的結(jié)果。來自澳大利亞的研究團隊通過機器學習分析1007種細菌的基因組成，重新描繪了古細菌進化樹。研究結(jié)果顯示，古細菌曾發(fā)生84次從厭氧到有氧生活方式的轉(zhuǎn)變，同時也觀察到了6次從有氧向厭氧的“反水”。

細菌的年代系統(tǒng)發(fā)育樹。分支顏色表示厭氧（藍色）和好氧譜系（紅色）。線粒體和葉綠體分支分別呈橙色和綠色。黑點表示在分子鐘模型中直接校準的節(jié)點。用羅馬數(shù)字標記的紅點表示可能早于“大氧化事件”的有氧過渡。

（圖片來源：參考文獻[4]）

雖然有氧菌在“大氧化事件”的幫助下迅速建立了多樣化優(yōu)勢，但是無氧細菌并沒有輕易服輸。隨著大氣氧含量的穩(wěn)定，在接下來的約15億年中，有氧菌建立的多樣化優(yōu)勢不斷減弱。直到最后約5億年，地球進入顯生宙，大氣氧含量再次躍升，有氧菌的多樣化優(yōu)勢開始反彈。即便如此，在距今約2億年的侏羅紀，無氧細菌還出現(xiàn)了一次短暫的復興，科學家推測這次復興可能與早期動物的胃腸道以及更多腐殖質(zhì)提供額外的厭氧生態(tài)位有關(guān)。

地質(zhì)歷史時期好氧菌譜系與厭氧菌譜系多樣化率

（圖片來源：參考文獻[4]）

改變世界的藍藻祖先

實際上，古細菌從厭氧向有氧的84次轉(zhuǎn)變并非全部發(fā)生于“大氧化事件”之后，其中有12次可能發(fā)生在“大氧化事件”之前，其中5次后驗概率超過95%。這些古細菌仿佛“預感”到大氧化事件，提前進化出含氧代謝，以應(yīng)對之后的環(huán)境變化！該研究推測，這5次轉(zhuǎn)變中，年齡范圍有3次發(fā)生在“大氧化事件”之前，涉及３個末端氧化酶：早期藍細菌門（early　Cyanobacteriota）、綠彎菌門（Chloroflexota）和粘菌門（Myxococcota）（下圖I、II、IV）。

其中，藍藻的祖先可能在學會利用氧氣的基礎(chǔ)上，進一步進化出產(chǎn)氧光合作用，實現(xiàn)了能量代謝的“自給自足”。隨著藍藻種群的不斷擴大并逐漸在全球占據(jù)主導地位，地球大氣中的氧氣濃度迅速增加，促進了其他細菌由無氧代謝到有氧代謝的轉(zhuǎn)變，從而深刻改變了地球上的生態(tài)系統(tǒng)格局。

推斷可能早于GOE有氧轉(zhuǎn)變的年齡范圍（由從藍色變?yōu)榧t色）

(圖片來源：參考文獻[4]）

分子鐘模型：細菌的“時間膠囊”

線粒體和葉綠體作為內(nèi)共生細菌（指那些生活在宿主細胞內(nèi)，并與宿主形成長期互利共生關(guān)系的細菌），它們的基因變化記錄著宿主細胞的演化歷程。為了校準進化時鐘，科學家創(chuàng)造性地將這些含有線粒體和葉綠體的真核生物化石作為“參照物”，從而增加了可用于測定細菌物種樹年代的化石校準數(shù)量。然后，再利用貝葉斯松散分子時鐘來估計進化速率和發(fā)散時間。通過該技術(shù)，科學家繪制出迄今最完整的細菌進化時間表：

1.細菌最后共同祖先（Last　Bacterial　Common　Ancestor，LBCA）存在于冥古宙至太古宙早期（44-39億年前），可能早于后期重轟炸期（約40-38億年前）；

2.LBCA的主要后代分支薄壁菌門（Gracilicutes）和陸生細菌超門（Terrabacteria）分別出現(xiàn)于42-36億年前和43-39億年前；

3.現(xiàn)存最古老的細菌年齡：芽孢桿菌門（Bacillota，36-30億年前）、髕骨細菌門（Patescibacteria，34-29億年前）、放線菌門（Actinomycetota，34-28億年前）和藍細菌門（Cyanobacteriota，36-30億年前）；

4.約32億年前，藍藻祖先演化出有氧光合作用；

5.現(xiàn)存含產(chǎn)氧光合作用的藍藻年齡為25-21億年前；

6.現(xiàn)存真核生物的共同祖先生活在18-15億年前。

古細菌那84次從厭氧向有氧的演化躍遷，不僅是對生存環(huán)境的驚人適應(yīng)，更是生命自身對未來地球的一次次預演與響應(yīng)。它們用億萬年的時間，推動了生命代謝方式的轉(zhuǎn)變，奠定了后續(xù)復雜生命誕生的生態(tài)基石。

從今天的角度回望，那些在微觀世界中悄然發(fā)生的基因重組和代謝切換，其實早已決定了我們這個藍色星球的模樣。這段跨越數(shù)十億年的代謝革命，在微觀尺度上重構(gòu)了生命的可能性邊界。

參考文獻：

[1]Lyons,　T.W.,　Reinhard,　C.T.,　Planavsky,　N.J.,　2014.　The　rise　of　oxygen　in　Earth’s　early　ocean　and　atmosphere.　Nature　506,　307–315.

[2]Shen,　Y.,　Buick,　R.,　Canfield,　D.E.,　2001.　Isotopic　evidence　for　microbial　sulphate　reduction　in　the　early　Archaean　era.　Nature　410,　77–81.

[3]Cavalazzi,　B.,　Lemelle,　L.,　Simionovici,　A.,　Cady,　S.L.,　Russell,　M.J.,　Bailo,　E.,　Canteri,　R.,　Enrico,　E.,　Manceau,　A.,　Maris,　A.,　Salomé,　M.,　Thomassot,　E.,　Bouden,　N.,　Tucoulou,　R.,　Hofmann,　A.,　2021.　Cellular　remains　in　a　~3.42-billion-year-old　subseafloor　hydrothermal　environment.　Sci.　Adv.　7,　eabf3963.

[4]Davín,　A.A.,　Woodcroft,　B.J.,　Soo,　R.M.,　Morel,　B.,　Murali,　R.,　Schrempf,　D.,　Clark,　J.W.,　álvarez-Carretero,　S.,　Boussau,　B.,　Moody,　E.R.R.,　Szánthó,　L.L.,　Richy,　E.,　Pisani,　D.,　Hemp,　J.,　Fischer,　W.W.,　Donoghue,　P.C.J.,　Spang,　A.,　Hugenholtz,　P.,　Williams,　T.A.,　Sz?ll?si,　G.J.,　2025.　A　geological　timescale　for　bacterial　evolution　and　oxygen　adaptation.　Science　388,　eadp1853.

出品：科普中國

作者：Denovo團隊

監(jiān)制：中國科普博覽

責編：李傳新

一審：李傳新

二審：劉文韜

三審：楊又華

來源：科普中國