地球上最早“呼吸”或者使用氧氣的有機(jī)體是什么時(shí)候出現(xiàn)的？最新的研究顯示可能是31億年前。這一發(fā)現(xiàn)令人驚訝，因?yàn)榇笱趸录╰he Great Oxidation Event）是在24億年前，在該事件中，大氣的游離氧含量才突然增加。以上發(fā)現(xiàn)來自當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月25日國際權(quán)威期刊《自然生態(tài)與進(jìn)化》發(fā)表的研究。魏茨曼科學(xué)研究所的生物化學(xué)家丹·陶菲克（Dan Tawfik）通過對(duì)所有已知的利用氧氣和產(chǎn)生氧氣的酶的系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)氧氣早在大氧化事件發(fā)生之前就已廣泛為活生物體所利用。具體來說，分析了130個(gè)原核生物家族的基因組，這些原核生物被認(rèn)為是地球上最早的微生物、細(xì)菌和古細(xì)菌的后代。
研究團(tuán)隊(duì)利用大約700種使用或產(chǎn)生氧氣的酶的基因，創(chuàng)造了一個(gè)進(jìn)化家譜。然后，研究團(tuán)隊(duì)通過跟蹤蛋白質(zhì)的可能突變率來構(gòu)建“分子時(shí)鐘”。時(shí)鐘使他們能夠確定每種酶可能進(jìn)化的時(shí)間。在他們研究的130個(gè)生物科中，研究團(tuán)隊(duì)非常有把握確定其中36個(gè)科的出現(xiàn)年代。陶菲克表示，對(duì)氧氣的利用有一個(gè)暴發(fā)時(shí)間點(diǎn)，是30億-31億年前。36個(gè)科中有22個(gè)是在那個(gè)時(shí)候出現(xiàn)的，12個(gè)是后來出現(xiàn)的，只有兩個(gè)是在那之前出現(xiàn)的。
加州大學(xué)戴維斯分校的進(jìn)化生物學(xué)家帕特里克·施（Patrick Shih）對(duì)《自然》表示，看到這篇論文，他非常激動(dòng)。能夠利用氧氣的蛋白質(zhì)的出現(xiàn)，標(biāo)志著有氧微生物出現(xiàn)的關(guān)鍵一步，而這些微生物已經(jīng)能夠利用氧氣。加州大學(xué)河濱分校的生物地球化學(xué)家Tim Lyons對(duì)《自然》表示，從一個(gè)幾乎無氧的世界到一個(gè)幾乎有氧的世界的轉(zhuǎn)變，是生命的重大突破之一。
科學(xué)家們普遍認(rèn)為，地球早期的大氣和海洋幾乎都缺乏氧氣。但也有一些反例，比如地球化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了可追溯到30億年前的礦床，這些礦床只能在氧氣存在的情況下形成。2015年，一組地球化學(xué)家報(bào)告說發(fā)現(xiàn)大約在32億年前，沉積在淺海富含鐵的巖石層中有鐵銹，這說明有氧氣存在。通過化學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)這古老鐵銹的形成來自于生物的作用。一些證據(jù)表明，藍(lán)藻可能早在35億年前就出現(xiàn)了，藍(lán)藻是最早將氧氣作為呼出物的光合作用生物。不過，對(duì)于這一研究，也有批評(píng)人士指出，如果氧氣生產(chǎn)者和使用者來得那么早，它們會(huì)迅速蔓延到全球各地，因?yàn)槔醚鯕饪梢宰屔矬w從食物中獲取更多的能量。但大氧化事件直到24億年前才發(fā)生。
