麻省理工学院研究表明地球上的复杂生活开始了23.3亿年前

在来自麻省理工学院的新出版的学习科学家揭示了真核生物的证据 - 含有动物，植物和保护者的生命领域 - 早在23.3亿年前在地球上存在，氧气在大气中成为永久夹具的时间。

近日生物的详尽遗传分析揭示了地球最早形式的复杂生活中的新见解。

麻省理工学院地球科学家今天报道的调查结果表明，真核生物 - 在地球上，在23.3亿年前在地球上存在的生命领域在于氧气成为永久性夹具的时间。在大气中。

这种新的古代生活中的新时刻显着地预测了化石历史记录中发现的最早标志--1.56亿岁的宏观化石，科学家们广泛同意是多细胞藻类生物的遗骸。

麻省理工学院研究人员不是通过检查化石证据的岩石而不是使用称为“分子时钟分析”的技术来估计。这种方法涉及首先通过DNA数据库来筛查跨数百种现代物种的特定基因序列的演变。然后，使用来自化石动物和植物亲属的年龄，这些序列可以及时向后捆绑到最早的时间，这些序列必须在祖先的真核表中表达。

“我们再次展示了使用现代DNA提供有关早期生命洞察力的可行性，”麻省理工学院的地球大气系，大气和行星科学部（EAPS）的地质学教授Roger传票说。“我们没有早期生命的具体记录。我们有几种化石微生物，这往往是有争议的，以及一些地球化学信号，但重建了一个知情的生活历史是不够的。我们所说的是，你可以看看今天的星球上，你可以讲述一些关于有机体的古代祖先在做什么的重要性。“

该分析由传票和领导作者David Gold，这是一名前部队的博士后，目前在CALTECH，Abigail Caron，MIT高级研究支持和Gregory Fournier，Cecil和Ida Green Career开发助理教授EAPS。

最古老的酶

该团队将其遗传搜索聚焦在DNA序列上，即甾醇生物合成的代码，在所有真核生物中发现的一类分子，影响其细胞膜的特征和行为。

“[甾醇]确定膜的变化形状和介导行为如何 - 例如，吞噬一块食物的能力，”召唤说。“一种单细胞的真核生物可以吞噬并消化其食物，而大多数细菌必须在服用之前排泄酶以打破一些东西。”

本集团希望追踪甾醇生产中涉及的前两种酶的遗传演进：SQMO或Squalene单氧基酶，其将氧气原子插入角鲨烯;和OSC，或氧化喹啉环酶，其折叠氧化喹啉分子以形成甾醇的经典四环配置，是胆固醇的最着名的例子。

两种酶代表甾醇生物合成中的开始步骤，随着时间的推移，包括改善甾醇功能和有效的更多酶。研究人员推出，如果他们可以在甾醇生物合成的第一步中追踪酶的演变，然后可以在地球上存在一些最早的真核生物时推断它们。

追踪树

该团队在国家生物技术信息蛋白质数据库中寻找SQMO和OSC，这是成千上万现代物种的大量遗传序列汇编，由世界各地的科学家贡献。研究人员写入算法以有效地剔除遗传数据，寻找表达编码SQMO和OSC的DNA序列的物种。

然后，对于每个酶，它们加入了一个植物学树 - 一种分支图，示出了表达SQMO或OSC的那些物种之间的进化关系。

“当你为两种酶绘制树木时，你会发现它们是相似的，”召唤说。“对我来说，这是一个惊人的事实：这些两种酶的这些历史在真核树上，也包括一些细菌，看起来非常接近相同。基因总是在一起。在没有另一个旁边的情况下找到一个人很罕见。“

特别是，研究人员沿着两种进化树上的两个早期点，在那里似乎每种酶在真核生物和细菌之间遗传转移。这些遗传跳跃，称为水平基因转移，标记有机体共享这些基因的时间。

为了识别这些点，研究人员进行了“分子时钟分析”，这是根据DNA随机变化测量时间的技术，因为这些突变以相对恒定的速率发生。传票和他的同事基于“拓扑，”或遗传突变率，在每个进化树上使用其他算法。

它们通过来自已知化石记录的数据校准了算法，包括每棵树内的某些物种的确认年龄，包括古珊瑚，海星和藻类。然后，它们耗尽算法 - 它们的分子时钟 - 落后时间，以确定甾醇的基因何时在细菌和真核生物之间转移。以巧妙的方式运行时钟，以及错误传播，给出了融合的日期，围绕一点，23亿年前。

“已经争辩了真核生物的年龄，几十年来，意见差异很大，”召唤说。“我们正在推出我们认为是重要的这一切证据，说我们认为甾醇在至少23亿年前正在进行，最早的真核生物至少这么长时间。”

进化，解开

2016年，传票的集团确定了另一场寿命发生在23亿年前左右：氧气变成了地球大气层的永久夹具，现在被视为巨大的氧化事件。传票说，真核生物可能存在于同一时间左右的可能性是有道理的，因为它们需要充足量的氧气来合成甾醇以保持其细胞膜。

展望未来，该团队计划在甾醇途径中进一步追踪酶进一步的进化历史 - 特别是通过使用现代遗传序列来合成胆固醇的人，因为传票使其“解开它的进化故事。”

“人们已经知道多年来，他们可以从包括人类血统的DNA制造出来的祖国，”召唤说。“我们对Neanderthals，Deanisovans和其他早期人群的联系，从骨中的DNA碎片中的其他人的关系。但那正在投射回来了几百万年。我们正在投射23亿年。所以我们展示了现代DNA可以用来了解生活史上的关键事件，数十年多年前。“

这项研究部分受到了西蒙斯基金会，Agouron Institute和国家科学基金会的支持。

出版物：David A. Gold等人，“古普罗古罗甾醇生物合成和氧气的兴起，”自然（2017）DOI：10.1038 / Nature21412