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Rapid evolutionary innovation during an Archaean genetic expansion

唐唐添加于 2010-12-22 03:50 | 1731 次阅读 | 0 个评论

作者
David LA, Alm EJ
摘要
The natural history of Precambrian life is still unknown because of the rarity of microbial fossils and biomarkers1, 2. However, the composition of modern-day genomes may bear imprints of ancient biogeochemical events3, 4, 5, 6. Here we use an explicit model of macroevolution including gene birth, transfer, duplication and loss events to map the evolutionary history of 3,983 gene families across the three domains of life onto a geological timeline. Surprisingly, we find that a brief period of genetic innovation during the Archaean eon, which coincides with a rapid diversification of bacterial lineages, gave rise to 27% of major modern gene families. A functional analysis of genes born during this Archaean expansion reveals that they are likely to be involved in electron-transport and respiratory pathways. Genes arising after this expansion show increasing use of molecular oxygen (P = 3.4 × 10−8) and redox-sensitive transition metals and compounds, which is consistent with an increasingly oxygenating biosphere.
详细资料
- 文献种类:期刊
- 期刊名称: Nature
- 期刊缩写: Nature
- 期卷页: 2010年
- ISBN: 0028-0836
相关链接 DOI URL

《自然》：地球基因种类30亿年前大扩张

原始生命进化出从阳光中获取能量的更有效方式

美国科研人员在最新一期英国《自然》杂志上发表研究报告说，他们通过模拟推算发现，大约30亿年前，地球生命体内的基因获得“戏剧性”大规模发展。

美国麻省理工学院的研究人员埃里克·阿尔姆等人发表报告说，他们选取1000个现存关键基因，通过电脑建立“基因化石”数学模型，计算这些基因的早期进化信息。

这一模型研究得出的结论是，大约30亿年前原始生命进化出了从阳光中获取能量的更有效方式，使得微生物生态系统戏剧性扩张，在规模上更为庞大，在结构上更为复杂。

研究显示，在现有生命体的全部基因种类中，大约27%的基因种类在距今33亿年至28亿年间基本定型。

阿尔姆说，基因种类之所以大量增多，可能是当时的细胞生化过程发生重大变化，这种变化或许包括“电子传递”等细胞膜内电子活动等重要生物功能。这类功能至关重要，它使植物和一些微生物能呼吸氧气，通过光合作用从阳光中汲取能量。

阿尔姆等人把这种以“电子传递”为代表的生物化学发展时期称作“太古代扩张”。

他们认为，“太古代扩张”之后5亿年左右曾发生“大氧化事件”，即地球大气层含氧量突然增加，导致厌氧类原始生命大量灭绝，“个头更大、更聪明”的需氧生物成为主流生命，从而引发地球史上最大规模的物种变化。

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