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2012-01-18 14:57:42 作者:企鹅替身 来源:化石网 浏览次数:332 文字大小【】【】【

摘要: DNA的双螺旋结构 进化树显示各物种间的进化关系 太古代时期的地球 约在距今5.8亿年前,地球上的生命经历了一次快速演化的时期,科学界称之为寒武纪大爆发——大量新的生命形式在 ...

DNA的双螺旋结构

 

DNA的双螺旋结构

 

进化树显示各物种间的进化关系

 

进化树显示各物种间的进化关系

 

太古代时期的地球

 

太古代时期的地球

 

    约在距今5.8亿年前,地球上的生命经历了一次快速演化的时期,科学界称之为寒武纪大爆发——大量新的生命形式在短短的几百万年中出现,最终演化成我们现在丰富多彩的生命世界。正是从那时起,古生物学家依靠化石记录认识生命的进化史,但在此之前的30亿年,却仅仅只有极少量的软体化石印痕被保存下来。尽管如此,我们还可以从另一种微观化石来认识早期的生命形式:DNA。


    因为所有生物的基因都会从它们的祖先中继承下来,麻省理工学院计算生物学家们正是利用现代基因组来重建古代微生物的演化史。他们结合大量的基因组信息来统计研究基因的进化过程:新基因的出现和继承;基因间的调换及横向转移;复制和丢失。


    研究者们研究了100个现代基因组中上百万个基因,追溯地球上这些基因的首次出现时间,这样就可以创造出一种基因组化石,它不仅能揭示基因出现的时间,还能知道史前微生物拥有的是哪些基因。这项研究显示,所有收集的生物基因在距今3.3到2.8亿年前出现了一次“大爆发”,现代所有基因家族中的27%在这段时间里出现了。


    土木及环境工程E. Alm教授和生物工程L. David博士把这一时期称之为“太古宙大爆发”(Archean Expansion)。


    因为他们所鉴定的基因大多都与氧气有关,Alm和David首先想到“太古宙大爆发”是氧气出现的原因。地球的大气在25亿年以前是没有氧气的,这时发生的大氧化事件(Great Oxidation Event),氧气的积累可能扼杀了大量厌氧生物。


    Alm说:“大氧化事件可能是细胞生命历史中最惨重的灾难事件,但我们却缺少任何生物化石证据。”


    然而,更细致的研究显示能利用氧气的基因直到28亿年前的“太古宙大爆发”才出现,这与地球化学的大氧化事件所推测的时间更吻合。


    同时,Alm和David认为他们已经找到了现代细胞膜中电子传递生化过程的在进化中首次出现的时间。电子传递是植物和一些微生物直接利用太阳光进行光合作用时所必需的。其中一种产氧光合作用被认为是在大氧化事件时的氧气积累所引起的。


    在“太古宙大爆发”中的电子传递演化的出现为生命进化史中光合作用和呼吸作用的进化提供了重要的契机,使得生物圈可以获得和储存更多的能量。


    David补充道:“虽然我们的研究结果并不能明确说明电子传递的演化直接促进了‘太古宙大爆发’的发生,但我们可以推测这有助于生物圈累积更多能量及形成更庞大复杂的微生物系统。”


    与此同时,Alm和David还会继续研究在“太古宙大爆发“以后微生物基因是如何演化的。他们发现微生物中利用氧气的基因比例在升高,类似情况还发生在与铜和钼相关的生物酶中,这与进化的地质记录是相吻合的。


    Alm最后说道:“真正有里程碑意义的是我们利用现代生物DNA记录来证明远古时期的历史。而现在我们开始认识如何对这些历史进行解码,我们希望能借此重建最早期进化史中更详尽的演化过程。”

 

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