약 24억 년 전의 대산화현상(Great Oxidation Event, GOE)은 오늘날 많은 유기체가 의존하는 산소가 풍부한 대기를 형성했습니다.

흥미롭게도, 일부 박테리아 균주는 호흡을 위해 이 요소를 적극적으로 활용하는 진화적 방법에 관해서는 이미 한 발 앞서 있습니다.

유전적 패턴을 발견하기 위해 고안된 박테리아 게놈 데이터, 지오마커 및 머신 러닝 기술의 조합을 사용하여 국제 연구팀은 가장 초기의 호기성(산소 호흡) 박테리아를 설명할 증거를 찾고 있습니다.

대부분의 균주가 GOE 이후 산소를 견디고 활용하는 능력을 개발했지만, 연구자들은 몇 가지 변칙성을 발견했다 - 일부 박테리아는 지구 대기에서 산소 수치가 급격히 상승하기 약 9억 년 전에 호기성이었다.

관련 박테리아 80종 중 연구진은 산소를 사용할 수 없는 신진대사에서 산소를 사용할 수 있는 신진대사로 이어지는 유전적 전이가 0개 이상임을 발견했다. 돌연변이의 축적 속도에 기초한 추정치는 적어도 일부 돌연변이가 지구 대기의 산소 농도가 크게 상승하기 전에 발생했음을 시사합니다.

연구진은 발표한 논문에서 "GOE 이전에 적어도 세 번의 전이가 발생했는데, 이는 호기성 호흡이 광범위한 대기 산화보다 먼저 진화했음을 시사하며, 이는 시아노박테리아에서 산소화된 광합성의 진화에 기여했을 수 있다"고 밝혔다. ”

다른 말로 하면, 이 초기의 산소 호흡자들은 그들의 후손들이 물과 이산화탄소를 사용하여 햇빛을 포착하여 저장된 산소를 방출할 수 있는 토대를 마련했을 수 있으며, 이는 나중에 대산화 사건으로 알려져 있습니다.

우리는 이 작은 미생물에 대해 감사할 일이 많습니다. 산소 수치가 증가함에 따라 이미 이 원소를 활용한 박테리아는 혐기성 사촌보다 더 빨리 그 영향을 견딜 수 있습니다. 생존의 게임이 바뀌었고, 결국 지금의 상황으로 이어졌습니다.

여기에 현대 박테리아의 유전자가 고대 박테리아의 유전자와 어떻게 연결될 수 있는지에 대한 몇 가지 가설이 있습니다 – 그리고 산소 처리와 동일한 작업을 수행합니다 – 그러나 연구자들은 그 연관성을 확인하기에 충분한 박테리아 종과 확실한 증거를 포함하고 있다고 믿습니다.

연구진은 "이를 통해 생물권 산소화의 기록에 대해 박테리아의 진화를 보정할 수 있으며, 초기 생명체에 대한 제한된 화석 기록을 극적으로 증가시키고 심층적인 시간적 진화 연구에 새로운 해결책을 제시할 수 있다"고 썼다. ”

이러한 발견은 호기성 박테리아의 역사가 오래 전으로 거슬러 올라간다는 생각을 확인시켜줄 뿐만 아니라, 시아노박테리아가 GOE보다 훨씬 이전부터 뿌리를 두고 상대적으로 천천히 진화했다는 더 많은 증거를 제공합니다.

연구진은 여기에 사용된 기술의 조합, 즉 우리 지식의 격차를 메우기 위해 다양한 도구를 결합하는 것이 지구 초기 생명체의 다른 특징의 발달을 연구하는 데 도움이 될 수 있기를 희망합니다.

연구진은 "여기서 개발된 방법은 미생물 시그니처를 지구화학적 역사와 연결하는 틀을 제공하며, 지구 역사의 맥락에서 다른 표현형의 진화를 탐구할 수 있는 경로를 제공한다"고 썼다. ”

이 연구는 사이언스 저널에 발표되었다.