美国科学家重建30亿年前基因组化石

　　本报讯（记者常丽君）据美国物理学家组织网12月20日（北京时间）报道，化石有助于古生物学家编写自那时起的生命进化史，但要绘制出早于寒武纪的30亿年前的生命图景，还非常困难。因为寒武纪前的软体动物细胞很少留下化石印记，但这些早期的生命却留下了一些微小的化石：DNA。麻省理工学院的生物学家利用现代基因组，在一系列基因进化规则之下重新构造了古老的微生物，并鉴别出了许多跟氧气有关的新基因，首次提出可能是氧气的出现导致了“太古代大爆发”（Archean Expansion）。

　　研究人员埃里克·阿尔姆和博士生劳伦斯·戴维从100个现代基因组中找到了曾首次在地球上出现的数千个基因，并用这些基因生成了基因组化石，通过对基因组化石的研究，可以发现这些基因的出现时间和哪些微生物拥有这些基因。研究显示，该基因组化石为33亿—28亿年前这段时间所有生命的共同基因组，而在此期间，地球现存基因族系中的27%已经出现。他们将这一时期命名为“太古代大爆发”。

　　研究发现，直到25亿年前，地球大气中才出现了氧气并逐渐积累，由此在“大氧化事件”中杀死了大量的厌氧生物。“大氧化事件”可能是细胞生命史中最大的悲剧事件，我们却没有它的任何生物记录。

　　经过进一步分析显示，利用氧气的基因直到28亿年前“太古代大爆发”末期才出现，这更为基因化学家所设想的“大氧化事件”增加了证据。

　　研究人员认为，正是一种有氧光合作用，形成了“大氧化事件”中的氧气，也形成了我们今天所呼吸的氧气。太古代时期电子转移（指细胞膜内部的生物化学过程，伴随着植物或微生物呼吸氧气的光合作用而发生，由此直接固定来自于阳光的能量。）逐渐进化，经过生命历史的几个关键阶段，包括光合作用和呼吸，最终使大量的能量被固定下来，存储在生物圈中。

　　“据我们的研究结果，尚不能判断是否电子转移的进化直接造成了"太古代大爆发"。”戴维说，“但我们推测是出现了一种让生物圈获得大量的能量的方法，从而产生了更复杂的微生物系统。”

　　通过分析与基因有关的金属和分子，以及它们在长期内的演变，戴维和阿尔姆也研究了“太古代大爆发”之后微生物基因组的进化。他们发现利用氧气的基因比例越来越大，与铜和钼相关的酶也是如此，这与地质学的进化记录相一致。

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　　30亿年，它简直漫长得让人难以想像，其间生物进化注定是一个跌宕起伏、波诡云谲的过程。以现有DNA化石的蛛丝马迹来拼构早期生命基因，麻省理工学院生物学家这项工作的创造性毋庸置疑，但他们关于氧气造成“太古代大爆发”的结论恐需更多的论据支持。无数次基因突变留给这个世界的扑朔迷离，至少和它为生物进化提供的不竭动力一样多。人类仅凭今天的三头六臂，就想穿越这部写满了“突变”的历史盲区，绝没那么容易和简单。

　　(科技日报)

　　作者：常丽君 (责任编辑：罗园)