細(xì)菌CO2濃縮機(jī)制演變的機(jī)制和潛在途徑。（A） 今天，億年意味有足細(xì)菌CCM通過(guò)三個(gè)主要特征的前地球早期天津（上門服務(wù)）上門一條龍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)協(xié)同作用發(fā)揮作用——（i）細(xì)胞膜上的無(wú)機(jī)碳（Ci）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，以及（ii）適當(dāng)形成的大氣羧基結(jié)構(gòu)（iii）將rubisco與碳酸酐酶（CA）共包封。Ci攝取導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)HCO3濃度高，中可著古遠(yuǎn)高于與外部環(huán)境的含氧化碳平衡。升高的藍(lán)藻HCO3−通過(guò)僅位于那里的CA活性轉(zhuǎn)化為高的羧基CO2濃度，這促進(jìn)rubisco的食物羧化。（B） 缺少編碼基本CCM成分的億年意味有足基因的突變體在升高的CO2中生長(zhǎng)，但在環(huán)境空氣中無(wú)法生長(zhǎng)，前地球早期如本文所示，大氣天津（上門服務(wù)）上門一條龍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)蛋白細(xì)菌化學(xué)自養(yǎng)菌H.neapolitanus中的中可著古α-羧基體突變。缺乏羧基體CA（ΔcsosCA）或羧基體形成所需的含氧化碳非結(jié)構(gòu)化蛋白質(zhì)（Δcsos 2）的菌株未能在環(huán)境空氣中生長(zhǎng)，但在5%CO2（>108個(gè)菌落形成單位/ml）中生長(zhǎng)健壯（C）我們認(rèn)為CCM由三種功能組成，藍(lán)藻超出rubisco本身：CA酶（品紅色）、食物Ci轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（深棕色）、，以及用CA（淺棕色）包封rubisco的羧基體。如果CO2水平足夠高，原始的CO2固定細(xì)菌就不需要CCM。我們?cè)噲D在實(shí)驗(yàn)上區(qū)分六個(gè)連續(xù)軌跡（虛線箭頭），在這些軌跡中可以獲得CCM分量。資料來(lái)源：《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（2022）。DOI:10.1073/pnas.2210539119
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：California Institute of Technology）：藍(lán)藻是一種單細(xì)胞生物，通過(guò)光合作用將大氣中的二氧化碳（CO2）和液態(tài)水（H2O）轉(zhuǎn)化為可呼吸的氧氣和構(gòu)成細(xì)胞的蛋白質(zhì)等碳基分子，從而從光中獲取能量。藍(lán)細(xì)菌是地球歷史上最早進(jìn)行光合作用的生物，負(fù)責(zé)向早期地球注入氧氣，從而顯著影響生命的進(jìn)化。
地質(zhì)測(cè)量表明，30億年前地球早期的大氣中可能富含二氧化碳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類氣候變化導(dǎo)致的當(dāng)前水平，這意味著古藍(lán)藻有足夠的“食物”。
但在地球數(shù)十億年的歷史中，大氣中的二氧化碳濃度已經(jīng)下降，因此為了生存，這些細(xì)菌需要發(fā)展新的策略來(lái)提取二氧化碳。因此，現(xiàn)代藍(lán)藻看起來(lái)與它們的遠(yuǎn)古祖先截然不同，它們擁有一套復(fù)雜而脆弱的結(jié)構(gòu)，稱為CO2濃縮機(jī)制（CCM），以補(bǔ)償較低濃度的CO2。
現(xiàn)在，加州理工學(xué)院的新研究揭示了CCM是如何進(jìn)化的，解決了進(jìn)化地球生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)長(zhǎng)期謎團(tuán)。這項(xiàng)新的研究利用遺傳技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)代生物的遠(yuǎn)古祖先，使研究人員能夠系統(tǒng)地對(duì)不同版本的細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并揭示可能的進(jìn)化途徑。
這項(xiàng)研究是加州理工大學(xué)地球生物學(xué)教授伍德沃德·費(fèi)舍爾和加州大學(xué)伯克利分校分子生物學(xué)副教授大衛(wèi)·薩維奇以及霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室之間的合作。它發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。
費(fèi)舍爾說(shuō)：“這是研究地球歷史的一種新興方式。”。“我們可以在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制現(xiàn)代生物，讓我們通過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試其進(jìn)化軌跡。”

來(lái)源：Flamholz等人2022
藍(lán)藻在一種名為rubisco的酶的幫助下“吃掉”二氧化碳。簡(jiǎn)單地說(shuō)，Rubisco不太擅長(zhǎng)它的工作——它的反應(yīng)很慢，而且傾向于與其他分子而不是二氧化碳發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)藍(lán)藻處于高濃度CO2環(huán)境中時(shí)，這不是問(wèn)題；rubisco可能效率低下，細(xì)菌仍有足夠的CO2進(jìn)行代謝。但是，由于大氣中的二氧化碳水平在數(shù)十億年中下降了很多，現(xiàn)代藍(lán)藻已經(jīng)進(jìn)化出一種CCM，將二氧化碳集中在細(xì)菌體內(nèi)，并提高rubisco的效率。
CCM讓進(jìn)化生物學(xué)家感到困惑，因?yàn)樗鼈內(nèi)绱宋⒚畹馗淖兞司幋aCCM各個(gè)部分的20個(gè)基因中的任何一個(gè)，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失效。
“我們認(rèn)為進(jìn)化是循序漸進(jìn)的，每一個(gè)新基因都會(huì)增加一些新功能，”加州理工學(xué)院博士后學(xué)者、這篇新論文的主要作者阿維·弗蘭霍爾茲說(shuō)。“例如，現(xiàn)代人類眼睛的古老前身并不具備眼睛的所有功能，但可能能夠以某種形式檢測(cè)光。有了CCM，就沒(méi)有明確的途徑表明它們是如何進(jìn)化到現(xiàn)在的復(fù)雜性的。”
在這項(xiàng)新的研究中，團(tuán)隊(duì)著手對(duì)CCM結(jié)構(gòu)可能的古代迭代進(jìn)行建模。為此，他們對(duì)大腸桿菌進(jìn)行了基因改造，使其代謝需要二氧化碳。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室里已經(jīng)建立了與大腸桿菌一起工作的基因工具，所以與藍(lán)藻本身相比，使用這種模型系統(tǒng)更容易。然后，該團(tuán)隊(duì)利用構(gòu)成CCM的20個(gè)基因改造大腸桿菌菌株，并系統(tǒng)地添加、刪除和調(diào)整基因，以模擬CCM結(jié)構(gòu)的所有可能的進(jìn)化軌跡。
通過(guò)這種方式，F(xiàn)lamholz和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上有幾種生物學(xué)上可行的軌跡導(dǎo)致了復(fù)雜的現(xiàn)代CCM的出現(xiàn)。
費(fèi)希爾說(shuō)：“這些結(jié)果突出了全球變化和地球生物圈演化之間無(wú)所不在的對(duì)話。”。“隨著二氧化碳越來(lái)越稀少，藍(lán)藻能夠創(chuàng)新出一種卓越的生化解決方案。”

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