地球上几乎所有植物、藻类和绿色池塘浮渣的核心都有一个用于收集阳光的分子引擎。 它唯一的排放物是氧气？ 今天我们都可以非常感谢这种气体。
如果不是这种极其常见的光合作用形式（也称为含氧的），我们所知的复杂生命几乎肯定永远不会出现，至少不会以它的形式出现。
但确切地知道该感谢谁送来如此珍贵的礼物绝非易事。 大多数确定氧分解光系统起源的努力都表明有一个时期大约24亿年前，恰逢某个时间氧气泛滥泄漏到我们的海洋和大气中。
更原始的光合作用形式可能已经存在，尽管从水中提取氧气的能力确实给向光性生物带来了优势，这意味着这种产氧形式是一种晚期适应。
伦敦帝国理工学院的分子生物学家塔奈·卡多纳 (Tanai Cardona) 认为，我们可能完全错了，这表明氧气光合作用可能在大约 35 亿年前生命刚刚开始时就已经存在。
“我们之前已经证明，用于产生氧气的生物系统，称为光系统II，非常古老，但直到现在我们还无法将它放在生命历史的时间线上，”说卡多纳。
几年前、卡多纳和他的同事比较基因在两种关系较远的细菌中； 一种能够进行光合作用而不产生氧气的物质，称为温和杆菌，以及一种称为蓝细菌的向光性微生物。
他们惊讶地发现，尽管最后一次共享共同的祖先是在数十亿年前，而且每种细菌以不同的方式获取阳光，但对它们各自的过程至关重要的酶却惊人地相似。
H. 谦虚的分解水的能力强烈表明微生物可能能够通过光合作用产生氧气，这比当代模型所暗示的要早得多。
这项最新研究使他们的研究更进一步，估计了光系统 II 所必需的蛋白质多年来进化的速度，使团队能够回溯到历史上该系统的功能版本可能出现的时刻。
“我们使用一种称为祖先序列重建的技术来预测祖先光合蛋白的蛋白质序列，”说该研究的第一作者托马斯·奥利弗。
“这些序列为我们提供了有关祖先光系统 II 如何工作的信息，并且我们能够证明光系统 II 中氧气析出所需的许多关键成分可以追溯到酶进化的最早阶段。”
作为比较，该团队将相同的技术应用于已知对生命一开始就至关重要的酶，例如 ATP 合酶和 RNA 聚合酶。
他们发现了强有力的证据，表明光系统 II 的存在时间与这些“基础”酶一样长，使它们成为有史以来第一个微生物生命形式大约35亿年前。
“现在，我们知道光系统 II 显示了通常仅归因于最古老的已知酶的进化模式，这些酶对于生命本身的进化至关重要，”说卡多纳。
这些酶的功能究竟如何，是未来研究的任务。 到目前为止，如果没有氧气水平上升的迹象，这不太可能是一个有效的过程，也不太可能带来巨大的优势。
然而，了解这些组成部分已经就位，可能会影响我们确定在其他行星上寻找生命的优先顺序的方式，这表明一个诞生仅十亿年的行星上的氧气可能构成生命的迹象。
这一发现还为研究人员提供了设计光合作用合成形式的起点。
“现在我们对光合作用蛋白质如何进化、适应不断变化的世界有了很好的了解，我们可以使用‘定向进化’来学习如何改变它们以产生新的化学物质，”说卡多纳。
“我们可以开发光系统，完全由光驱动进行复杂的新型绿色和可持续化学反应。”
这项研究发表于BBA-生物能量学。
