揭开光合作用起源与演化之谜
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2003年2月19日
光合作用的过程是一系列非常复杂的独立代谢反应，这些生化反应的起源是自然界最重大的事件之一，至于它究竟是如何演化而来的，科学家为此争论了许多年，如今总算有了一些答案，其答案之一就是水平基因转移。
光合作用是有生命以来发展出的最重要化学反应之一，它把阳光的能量转移成化学能，受惠的是整个地球上的生命。细菌的有氧光合作用演化是造成地球大气层富含氧气的原因，从此光合生物只要进行日光浴就能得到源源不绝的能量，并且还改变了地球的化学环境数十亿年之久，并引发了复杂的生命繁衍。经过了数十年的研究，亚利桑纳州立大学的生化学家Robert Blankenship领导的研究小组终于解开了这个谜团，了解了这个关键的生物反应依靠一些包含一系列巨大及复杂分子的极精巧和快速的化学反应，即由一组复离的分子系统合在一块工作。
Blankenship在《科学》(Science2002298：1616-1620)杂志上发表报告说，我们知道这个反应演化自细菌，大约在25亿年前，但光合作用发展史非常不好追踪。有多样性令人迷惑的光合微生物使用相关但又不太一样的反应。虽然有一些线索找它们联系在一起，但还是不清楚它们之间的关系，以及光合作用的起源和发展等。
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Blankenship等人通过分析五种细菌的基因组来解决部分的问题。他们的结果显示，光合作用的演化并非是一条从简至繁的直线，而是不同的演化路线的合并，把独立演化的化学反应合混合在一起，靠的是水平基因转移。在五年前，一个物种把遗传作用转移至另一物种的想法还是匪夷所思，但现在基因组的研究显示，有些基因的确会在不同物种间旅行。
“我们发现这些生物的光合作用相关基因并没有相同的演化路径，这显然是水平基因转移的证据。”Blankenship说道。他们利用BLAST检验了五种基因组已定完序的细菌(蓝绿藻Synechocystis sp. PCC6803、绿丝菌Chloroflexus aurantiacus、绿硫菌Chlorobium tepidum、古生菌Rhodobacter capsulatus和螺旋菌Heliobacillus mobilis)之基因，结果发现一组188个基因相关，其中约50与光合作用有关。它们虽然是不同的细菌，但却有相当程度相同的化学系统，他们猜测光合作用相关基因一定是同源的。
, 百拇医药
Robert Blankenship领导的研究小组利用数学分析，以决定该组共同基因的演化关系，但他们测不同的基因就得出不同的结果。他们做了亲缘关系分析以决定出最佳的演化树，但他们发现一些基因同时支持15种排列方式。显然它们有不同的演化史。Blankenship主张这能解释化合作用的复杂反应之演化，不同的系统分别演化自不同生物，可能还作为不同的用途。通过两种细菌的融合或不同基因的收纳，因此基因的新组合可能就出现在新的组合系统。系统的进一步演化和重组可能又在不同生物中出现多次。
他们比较了光合作用细菌的共同基因和其它已知基因组的细菌，发现只有少数同源基因堪称独特。大多数的共同基因可能对大多数细菌而言是“日常”基因。它们可能参加非光合细菌的代谢反应，然后才被收纳成为光合系统的一部分。
细菌的演化就像补锅匠，经过敲敲打打，园子里的杂碎就结合成新产品。Blankenship相信，他们的研究显示，人类也可能通过修补改造微生物产生新生化反应，甚至设计出药物合成的反应，并且这样的工作对天文生物学(astrobiology)也有重大意义，天文生物学是研究生命在外星的可能演化路径。(摘译 刘晓荻), http://www.100md.com
光合作用是有生命以来发展出的最重要化学反应之一，它把阳光的能量转移成化学能，受惠的是整个地球上的生命。细菌的有氧光合作用演化是造成地球大气层富含氧气的原因，从此光合生物只要进行日光浴就能得到源源不绝的能量，并且还改变了地球的化学环境数十亿年之久，并引发了复杂的生命繁衍。经过了数十年的研究，亚利桑纳州立大学的生化学家Robert Blankenship领导的研究小组终于解开了这个谜团，了解了这个关键的生物反应依靠一些包含一系列巨大及复杂分子的极精巧和快速的化学反应，即由一组复离的分子系统合在一块工作。
Blankenship在《科学》(Science2002298：1616-1620)杂志上发表报告说，我们知道这个反应演化自细菌，大约在25亿年前，但光合作用发展史非常不好追踪。有多样性令人迷惑的光合微生物使用相关但又不太一样的反应。虽然有一些线索找它们联系在一起，但还是不清楚它们之间的关系，以及光合作用的起源和发展等。
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Blankenship等人通过分析五种细菌的基因组来解决部分的问题。他们的结果显示，光合作用的演化并非是一条从简至繁的直线，而是不同的演化路线的合并，把独立演化的化学反应合混合在一起，靠的是水平基因转移。在五年前，一个物种把遗传作用转移至另一物种的想法还是匪夷所思，但现在基因组的研究显示，有些基因的确会在不同物种间旅行。
“我们发现这些生物的光合作用相关基因并没有相同的演化路径，这显然是水平基因转移的证据。”Blankenship说道。他们利用BLAST检验了五种基因组已定完序的细菌(蓝绿藻Synechocystis sp. PCC6803、绿丝菌Chloroflexus aurantiacus、绿硫菌Chlorobium tepidum、古生菌Rhodobacter capsulatus和螺旋菌Heliobacillus mobilis)之基因，结果发现一组188个基因相关，其中约50与光合作用有关。它们虽然是不同的细菌，但却有相当程度相同的化学系统，他们猜测光合作用相关基因一定是同源的。
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Robert Blankenship领导的研究小组利用数学分析，以决定该组共同基因的演化关系，但他们测不同的基因就得出不同的结果。他们做了亲缘关系分析以决定出最佳的演化树，但他们发现一些基因同时支持15种排列方式。显然它们有不同的演化史。Blankenship主张这能解释化合作用的复杂反应之演化，不同的系统分别演化自不同生物，可能还作为不同的用途。通过两种细菌的融合或不同基因的收纳，因此基因的新组合可能就出现在新的组合系统。系统的进一步演化和重组可能又在不同生物中出现多次。
他们比较了光合作用细菌的共同基因和其它已知基因组的细菌，发现只有少数同源基因堪称独特。大多数的共同基因可能对大多数细菌而言是“日常”基因。它们可能参加非光合细菌的代谢反应，然后才被收纳成为光合系统的一部分。
细菌的演化就像补锅匠，经过敲敲打打，园子里的杂碎就结合成新产品。Blankenship相信，他们的研究显示，人类也可能通过修补改造微生物产生新生化反应，甚至设计出药物合成的反应，并且这样的工作对天文生物学(astrobiology)也有重大意义，天文生物学是研究生命在外星的可能演化路径。(摘译 刘晓荻), http://www.100md.com