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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
二氧化碳固定在生物體中維持著地球上的所有生命，並將生物圈嵌入地球化學中。現有生物體用於此功能的六種已知化學途徑被認為有重疊，但它們的演化尚不完全清楚。在這裡，我們重建了生物固碳的完整早期演化史，將所有現代途徑與單一祖先形式連結起來。我們發現，碳固定的創新是生命之樹早期大多數重大分歧的基礎。這些發現是基於一種完全整合代謝和系統發育限制的新方法。比較深層分支生物體代謝核心的基因譜，並要求它們能夠合成所有生物質成分，得出了令人驚訝的結論：深分支自養碳固定的最常見形式結合了兩個互不相連的子網絡，每個子網絡都為不同的生物質提供碳！成分。其中之一是基於葉酸的線性 CO2 還原途徑，以前僅被認為是完整 Wood-Ljungdahl 途徑中的固定途徑，但更普遍的是，它可能排除合成乙醯輔酶 A 的最後步驟。然後，利用代謝約束，我們重建了一個高度簡約的「系統代謝」樹，它追蹤了完整的碳固定途徑的演化，並且具有清晰的根部結構。這棵樹幾乎不需要橫向基因轉移或收斂的實例，而是表明一個簡單的演化動態，其中所有分歧都有主要的環境原因。能量優化和氧毒性是兩個最強的選擇力量。這棵樹的根將還原檸檬酸循環和伍德-隆達爾途徑結合成這種連接網絡缺乏現代固定路徑的選擇性優化，但其冗餘導致了更強大的拓撲結構，使其比任何現代路徑都更可能成為一種原始的通用祖先形式。