基因化石揭秘30亿年前生物进化

DNA的双螺旋结构

进化树显示各物种间的进化关系

约在距今5.8亿年前，地球上的生命经历了一次快速演化的时期，科学界称之为寒武纪大爆发——大量新的生命形式在短短的几百万年中出现，最终演化成我们现在丰富多彩的生命世界。正是从那时起，古生物学家依靠化石记录认识生命的进化史，但在此之前的30亿年，却仅仅只有极少量的软体化石印痕被保存下来。尽管如此，我们还可以从另一种微观化石来认识早期的生命形式：DNA。

因为所有生物的基因都会从它们的祖先中继承下来，麻省理工学院计算生物学家们正是利用现代基因组来重建古代微生物的演化史。他们结合大量的基因组信息来统计研究基因的进化过程：新基因的出现和继承；基因间的调换及横向转移；复制和丢失。

研究者们研究了100个现代基因组中上百万个基因，追溯地球上这些基因的首次出现时间，这样就可以创造出一种基因组化石，它不仅能揭示基因出现的时间，还能知道史前微生物拥有的是哪些基因。这项研究显示，所有收集的生物基因在距今3.3到2.8亿年前出现了一次“大爆发”，现代所有基因家族中的27%在这段时间里出现了。

土木及环境工程E. Alm教授和生物工程L. David博士把这一时期称之为“太古宙大爆发”（Archean Expansion）。

因为他们所鉴定的基因大多都与氧气有关，Alm和David首先想到“太古宙大爆发”是氧气出现的原因。地球的大气在25亿年以前是没有氧气的，这时发生的大氧化事件（Great Oxidation Event），氧气的积累可能扼杀了大量厌氧生物。

Alm说：“大氧化事件可能是细胞生命历史中最惨重的灾难事件，但我们却缺少任何生物化石证据。”

然而，更细致的研究显示能利用氧气的基因直到28亿年前的“太古宙大爆发”才出现，这与地球化学的大氧化事件所推测的时间更吻合。