大約24億年前的大氧化事件（GOE）形成了今天許多生物賴以生存的富氧大氣。

奇怪的是，當涉及到積極利用這種元素進行呼吸的進化方式時，一些細菌菌株已經領先一步。

利用細菌基因組數據、地質標記和旨在發現遺傳模式的機器學習技術的組合，一個國際研究小組尋找描述最早有氧（氧氣呼吸）細菌的證據。

雖然大多數菌株在GOE之後都具備了耐受和利用氧氣的能力，但研究人員確實發現了一些異常情況 —— 某些細菌在地球大氣中氧氣水準迅速上升前約9億年是有氧的。

在1007種相關細菌中，研究人員發現了80多種從不能使用氧氣的代謝到可以使用氧氣的代謝的遺傳轉變。根據突變積累速度的估計表明，至少有一些突變發生在地球大氣中氧氣含量顯著上升之前。

研究人員在他們發表的論文中寫道：“至少有三個轉變發生在 [GOE] 之前，這表明有氧呼吸在廣泛的大氣氧化作用之前就已經進化出來了，這可能促進了藍藻中含氧光合作用的進化。”

換句話說，這些早期的氧氣呼吸者可能為它們的後代利用水和二氧化碳捕捉陽光奠定了基礎，釋放了儲存的氧氣，這就是後來的大氧化事件。

我們有很多事情要感謝這些小微生物。隨著氧含量的增加，已經利用這種元素的細菌可以比它們的厭氧表親更快地忍受它的影響。生存的遊戲改變了，最終導致了我們現在的處境。

這裡有一些假設，關於現代細菌的基因如何與古代細菌的基因聯繫起來 —— 並做同樣的氧氣處理工作 —— 但研究人員相信，他們包括了足夠的細菌種類和確鑿的證據來證實這種聯繫。

研究人員寫道：“這使我們能夠根據生物圈氧合作用的記錄來校準細菌的進化，極大地增加了有限的早期生命化石記錄，並為深時間進化研究帶來了新的解析度。”

這些發現不僅證實了有氧細菌的歷史可以追溯到很久以前的觀點，還為我們提供了更多證據，證明藍藻的進化相對緩慢，其根源可以追溯到遠在GOE之前。

研究人員希望在這裡使用的技術組合 —— 將不同的工具結合起來填補我們知識的空白 —— 可以説明研究地球最早生命形式的其他特徵的發展。

研究人員寫道：“這裏開發的方法為將微生物特徵與地球地球化學歷史聯繫起來提供了一個框架，為探索地球歷史背景下其他表型的進化提供了一條途徑。”

這項研究發表在《科學》雜誌上。