氧氣——?jiǎng)游锷骐x不開(kāi)它，燃料燃燒缺不了它，一切氧化過(guò)程都消耗氧氣。植物和藻類(lèi)通過(guò)光合作用源源不斷地為我們排放氧氣，補(bǔ)充氧氣消耗。
植物和藻類(lèi)生產(chǎn)氧氣的能力大約產(chǎn)生于23億年前的一次生物進(jìn)化。據(jù)科學(xué)家們所知，這場(chǎng)全球化的生物的進(jìn)化僅發(fā)生過(guò)一次。隨后，內(nèi)共生理論解釋了其他植物和藻類(lèi)的光合作用進(jìn)化：植物們?cè)谶M(jìn)化過(guò)程中都不約而同地將藍(lán)藻收入體內(nèi)變成了自己的細(xì)胞器。也就是說(shuō)，藍(lán)藻寄生在所有“綠色”產(chǎn)氧生物體內(nèi)。
“光合作用是一個(gè)進(jìn)化的奇點(diǎn)”加州理工學(xué)院（Caltech）地球生物學(xué)教授Woodward Fischer所指的的是某些生物利用來(lái)自陽(yáng)光的能量將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖以為生的過(guò)程，氧氣是這個(gè)過(guò)程的副產(chǎn)品?！八{(lán)藻發(fā)明了這項(xiàng)技能，進(jìn)化出了屬于藻類(lèi)的葉綠體?；ú輼?shù)木不過(guò)是在陸地上行走的藻類(lèi)?！?/span>
然而，像是一塊未被探索之地，藍(lán)藻的秘密總是鮮為人知。例如，最近一二十年前，分類(lèi)學(xué)家還稱(chēng)它們?yōu)椤八{(lán)綠藻類(lèi)（blue-green algae）”。后來(lái)才發(fā)現(xiàn)它根本不屬于藻類(lèi)，而是一種全新的生物有機(jī)體?！斑B分類(lèi)都還搞不清楚，更別提破解它們的進(jìn)化之謎”Fischer說(shuō)道。
“很長(zhǎng)一段時(shí)間，它們都是特有的種群，沒(méi)有人知道它們從何而來(lái)，或是有沒(méi)有其他親戚”Fischer說(shuō)，“想象一下，如果不了解類(lèi)人猿，將如何了解人類(lèi)進(jìn)化?！?/span>
Fischer和其Caltech的同事們以及澳大利亞昆士蘭大學(xué)的合作伙伴們，終于在3月30發(fā)表了一篇Science文章，向我們揭示了藍(lán)藻的進(jìn)化族譜。
他們新增了41個(gè)從未開(kāi)發(fā)過(guò)的微生物基因組，進(jìn)而標(biāo)記了藍(lán)藻出現(xiàn)光合作用的精確位點(diǎn)。這41種微生物都屬于藍(lán)藻，但是不含光合作用基因，因此也不能像其他藻類(lèi)和植物一樣制造有機(jī)物，反而依靠消耗有機(jī)物生存。
Fischer和同事發(fā)現(xiàn)了一個(gè)藍(lán)藻的獨(dú)立分支，名叫 Oxyphobacteria，它可能是第一個(gè)以及唯一一個(gè)能夠進(jìn)化出產(chǎn)氧光合作用的藍(lán)藻。它最近的親屬叫Melainabacteria，喜歡生活在動(dòng)物（包括人類(lèi)）消化道，并不產(chǎn)氧。過(guò)去曾有人認(rèn)為Melainabacteria可能是逐漸才喪失的產(chǎn)氧能力。但是本文發(fā)現(xiàn)，第二接近藍(lán)藻的親屬叫Sericytochromatia也不能參與光合作用。
Fischer說(shuō)，這明確表明Oxyphobacteria真有可能是塑造了地球的這種化學(xué)工藝的唯一發(fā)明人。
41個(gè)新添物種都被歸類(lèi)在Melainabacteria 和Sericytochromatia下面。特別是Sericytochromatia，在此之前從未被描述過(guò)。等分類(lèi)學(xué)家閱讀本篇文章后，這些物種將會(huì)被重新命名。
“知道了它們的存在，又知道了 它們的基因配置?，F(xiàn)在我們可以把它們放到進(jìn)化樹(shù)上，開(kāi)始著手分離純化研究它們的生理和生態(tài)功能了”本文的共同作者，Caltech的博后學(xué)者James Hemp說(shuō)。
報(bào)道在Science的這些新發(fā)現(xiàn)，得益于新的技術(shù)。無(wú)需分離純化，也無(wú)需擴(kuò)增培養(yǎng)，新一代測(cè)序技術(shù)使科研工作者們用更少的時(shí)間，更少的樣品，精準(zhǔn)地獲得大規(guī)模的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，帶領(lǐng)我們一步步揭開(kāi)生命之謎。
