植物如何制造氧气问蓝细菌

通过光合作用产生氧气的能力 - 由植物和藻类提供的有益服务，使地球上的人类和动物的生命成为可能 - 大约23亿年前在某些类型的蓝细菌中进化了一次。就任何人都可以说，这个改变星球的生物发明从未被重复过。相反，根据内共生理论，所有“绿色”产生氧气的生物(植物和藻类)在其进化过程中的某些时刻仅将蓝细菌作为细胞器包含在细胞中。

“有氧光合作用是一种进化奇点，”加州理工学院地球生物学教授伍德沃德菲舍尔说，他指的是某些生物利用太阳能将二氧化碳和水转化为糖作为食物的过程，其中氧气作为副产品。“蓝藻发明了它，然后最终成为藻类的叶绿体。植物只是一群在陆地上移动的藻类。”

然而，与蓝藻一样的世界形象，对它们的了解相对较少。直到几十年前，它们被分类学家称为“蓝绿藻”，尽管后来发现它们根本不是藻类，而是完全不同类型的生物。菲舍尔说，缺乏分类学理解使得他们的演变之谜几乎不可能破译。

“最长的时间，他们只是他们自己的团体。我们没有回答他们来自哪里，或者他们与之相关的其他生物，”菲舍尔说。“想象一下，在不了解巨猿的情况下，试图了解一些关于人类进化的东西。”

3月30日，来自加州理工学院和澳大利亚昆士兰大学的Fischer及其同事在“科学”杂志上发表文章，最终充实了蓝藻的家谱。他们添加了41种未培养微生物的基因组，这有助于确定蓝藻细菌进化过程中产生含氧光合作用的精确点。41种是所有类型的蓝藻，但没有携带光合作用的基因，因此它们不产生有机物质，如藻类和植物。相反，他们消耗它。

Fischer和他的同事们发现，蓝细菌的一个分支 - 被称为Oxyphobacteria - 可能是第一个也是唯一一个进化含氧光合作用的群体。他们最亲近的亲属Melainabacteria生活在动物(包括人类)的肠道中，并且不会产生氧气。虽然人们可能认为Melainabacteria随着时间的推移完全丧失了产生氧气的能力，但是在文章中称为Sericytochromatia之后的第二个最密切相关的蓝藻也不参与含氧光合作用。

Fischer说：“这说明，Oxyphobacteria确实是唯一一个发明这种全球化学过程的人。”

41种新物种属于Melainabacteria和Sericytochromatia，后者在本文之前尚未描述过。随着分类学家赶上团队的发现，这些生物的所有名称都会发生变化。“我们知道他们在那里，我们知道他们的基因库。现在我们可以开始将它们放入进化树中，并开始努力隔离它们并研究它们的生理学和生态学，”加州理工学院Agouron博士后学者詹姆斯·亨普说。研究进行了，科学文章的合着者。

这些发现归功于新技术，该技术使研究人员能够对生物体的基因组进行测序，而无需在实验室中隔离该生物体并培养大量生物体，如过去所要求的那样。

“现在我们有独立于文化的评估微生物多样性的方法，”澳大利亚昆士兰大学的博士后研究员，科学文章的合着者Rochelle M. Soo说。“我们可以进入任何环境，去除DNA样本，对其进行测序，并恢复生活在该环境中的微生物的基因组。我们不必自己种植任何东西 - 而是让环境完成工作并按顺序排序那里。”41种新物种中的一些是原位发现的，例如在动物的肠道中，而其他物种则来自其他生物学研究的数据库 - 这些数据库已被采样，但从未进行过表征和分析。

揭开光合作用及其起源的进化神秘面纱，可以揭示从可持续能源到其他星球上存在的生命潜力的一切。

“蓝藻是行星级工程师，能够分解水。他们在地球表面发明了最具挑战性的化学物质。我们希望能够像制造燃料那样毫不费力地进行水分解化学，这些他们想知道如何在25亿年前做到这一点，“菲舍尔说。

接下来，该团队计划通过在实验室中探测新细菌来了解更多有关新细菌的生态学和生理学的信息。“我们真的只是触及了表面，”菲舍尔说。

该研究的标题是“关于蓝藻的含氧光合作用和有氧呼吸的起源”。

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