伦敦帝国学院海莉·邓宁著 显微镜下的蓝藻菌落
信用:叶
马尔采夫/Shutterstock 研究人员发现，最早的细菌拥有在光合作用中执行关键步骤的工具，改变了我们对地球上生命进化的看法
这一发现也挑战了对其他星球上生命可能如何进化的预期
产生氧气的光合作用的进化被认为是复杂生命最终出现的关键因素
这被认为需要几十亿年来进化，但如果事实上最早的生命可以做到这一点，那么其他行星可能比以前认为的要早得多进化出复杂的生命
由伦敦帝国理工学院的科学家领导的研究小组，追踪光合作用所需的关键蛋白质的进化，追溯到地球上细菌生命的起源
他们的研究结果在BBA出版并免费提供——生物能学
首席研究员Dr
帝国理工生命科学系的塔奈·卡多纳说:“我们之前已经证明了产生氧气的生物系统——光系统二——非常古老，但是直到现在我们还不能把它放在生命历史的时间线上
“现在，我们知道光系统二展示的进化模式通常只归因于已知最古老的酶，这些酶对生命本身的进化至关重要
" 早期制氧 光合作用将阳光转化为能量，有两种形式:一种产生氧气，另一种不产生氧气
产氧形式通常被认为进化较晚，特别是在大约2
50亿年前
虽然一些研究表明，在此之前可能已经存在一些产生氧气(含氧)的光合作用，但它仍然被认为是一项创新，至少花了几十亿年才在地球上进化出来
新的研究发现，能够在有氧光合作用中完成关键过程——将水分解成氢和氧——的酶可能确实存在于一些最早的细菌中
地球上生命的最早证据是3
一些研究表明，最早的生命可能早于4岁
十亿年前
像眼睛的进化一样，第一个版本的有氧光合作用可能非常简单和低效；由于最早的眼睛只感觉到光，最早的光合作用可能非常低效和缓慢
在地球上，细菌花了超过10亿年来完善导致蓝细菌进化的过程，动物和植物花了超过20亿年来征服土地
然而，氧气的产生在很早的时候就已经存在，这意味着在其他环境中，比如在其他星球上，向复杂生命的转变可能需要更少的时间
水面上的蓝细菌
信用:Kletr/Shutterstock 测量分子钟 研究小组通过追踪负责分解水的关键光合作用蛋白质的“分子钟”发现了这一点
这种方法通过观察已知进化时刻之间的时间来估计蛋白质的进化速度，例如今天携带这些蛋白质版本的不同组的蓝细菌或陆生植物的出现
计算出的进化速度随后被延伸回过去，以查看蛋白质最初是何时进化的
他们将这些光合作用蛋白质的进化速度与生命进化中其他关键蛋白质的进化速度进行了比较，包括那些在体内形成能量储存分子的蛋白质，以及那些将DNA序列翻译成RNA的蛋白质，后者被认为起源于地球上所有细胞生命的祖先之前
他们还将这一比率与已知最近发生的事件进行了比较，当时生命已经多样化，蓝细菌已经出现
光合作用蛋白质显示出与最古老的酶几乎相同的进化模式，可以追溯到很久以前，表明它们以相似的方式进化
这项研究的第一作者，来自帝国理工生命科学系的托马斯·奥利弗说:“我们使用了一种叫做祖先序列重建的技术来预测祖先光合蛋白质的蛋白质序列
“这些序列为我们提供了关于祖先光系统ⅱ如何工作的信息，我们能够证明光系统ⅱ中氧气进化所需的许多关键成分可以追溯到酶进化的最早阶段
" 引导进化 了解这些关键的光合作用蛋白质是如何进化的，不仅与在其他星球上寻找生命相关，还可以帮助研究人员通过合成生物学找到以新的方式利用光合作用的策略
医生
卡多纳是他的英国科学研究院未来领袖奖学金的一部分，他正在领导这样一个项目，他说:“现在我们对光合作用蛋白质是如何进化的有了很好的理解，适应了一个不断变化的世界，我们可以用‘定向进化’来学习如何改变它们来产生新的化学物质
“我们可以开发完全由光驱动的光系统，进行复杂的新绿色可持续化学反应
"
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