Brisbane/Zurich:
Hay más o menos Un billón de especies Microbiano en la Tierra, la mayoría de las cuales son bacterias.
Las bacterias consisten en una sola célula. No tienen huesos y no son como animales grandes que tienen signos claros de registros geológicos, que los paleonólogos agradecidos pueden estudiar muchos millones de años después.
Ha dificultado que los científicos establezcan una línea de tiempo para su evolución inicial. Sin embargo, con el aprendizaje automático hemos podido llenar muchos detalles. Nuestro nuevo estudio, Publicado en Science TodayTambién revela que algunas bacterias han creado el uso de oxígeno mucho antes de que la tierra se saturara con él hace unos 2.400 millones de años.
Un evento memorable en la historia del mundo
Hace unos 4.500 millones de años, se formó la luna. Violentamente. Un objeto de un bueno convierte su superficie en una roca fundida en colisión con la tierra. Si la vida existe antes de este desastre, probablemente fue destruido.
Después de eso, aparecieron los antepasados actuales de todos los organismos: gérmenes que contienen células individuales. Para el primer 80% de historia de la vida, la tierra solo estaba habitada por este germen.
Nada en biología, sin la luz de la evolución, no significa como biólogo evolutivo Theodosius Dobzansky Dijo famoso En 1973. Pero, ¿cómo avanzó la evolución de la vida con la historia principal del mundo?
Hoy vemos que comparar secuencias de ADN de las maravillosas variaciones de la vida puede decirnos cómo los diferentes grupos están relacionados entre sí. Por ejemplo, estamos más estrechamente relacionados con nuestros manzanos con hongos humanos. Del mismo modo, estas comparaciones nacionales pueden decirnos cómo se relacionan los diferentes grupos de bacterias entre sí.
Sin embargo, la comparación de secuencias de ADN solo puede llevarnos hasta ahora. Las comparaciones de ADN no dicen cuándo ocurrieron eventos evolutivos en la historia del mundo. En un momento, un organismo reprodujo a dos niños. Uno de estos ha dado a luz a los hongos, el otro a los humanos (y otras especies). ¿Pero exactamente cuándo estaba viva esa criatura? ¿Cuántos años?
La geología nos enseña una de las cosas que es la existencia de otro monumento en la historia del mundo hace 2.500 millones de años. En ese momento, el entorno del mundo cambió drásticamente. Las cianobacterias, llamada grupo de bacterias, inventaron una técnica que cambiaría la historia de la vida para siempre: la fotosíntesis.
La recolección de energía del sol impulsa sus células. Sin embargo, es un producto de desecho inconveniente, también se fabrica gas oxígeno.
Durante millones de años, el oxígeno en la atmósfera se acumula gradualmente. Este “gran evento de oxidación” casi no tenía oxígeno en la tierra antes, por lo que la vida no estaba lista para ello. De hecho, para las bacterias continuas, el oxígeno es un gas tóxico y, por lo tanto, su liberación en la atmósfera probablemente causó una extinción generalizada. Las bacterias sobrevivientes se desarrollaron para usar oxígeno o regresaron al planeta resaltado donde no entró.
Bacteriano
El gran evento vigoroso no es solo por la influencia de la vida para nosotros, sino que es especialmente interesante para nosotros que se le pueda dar una fecha clara. Sabemos que esto sucedió hace unos 2.5 mil millones de años, y sabemos que la mayoría de las bacterias que se adaptan al oxígeno tuvieron que vivir después de este evento. Utilizamos esta información como una capa sobre las fechas del árbol de bacterias de la vida.
Comenzamos a entrenar un modelo de inteligencia artificial (IA) para predecir si una bacteria es con oxígeno que no es del gen. Hoy vemos que muchas bacterias usan oxígeno, como las cianobacterias y otras que viven en el mar. Sin embargo, muchos no lo hacen, como las bacterias que viven en nuestras entrañas.
En cuanto al aprendizaje automático, fue bastante sencillo. La energía química del oxígeno cambia claramente el genoma de un bacteriano porque el metabolismo de una célula se organiza en torno al uso de oxígeno y, por lo tanto, hay muchas pista en los datos.
Luego aplicamos nuestros modelos de aprendizaje automático para predecir cualquier bacteria usada de oxígeno en el pasado. Esto fue posible porque las técnicas modernas no solo las especies que vemos hoy en día, sino que cada antepasado permite adivinar qué genes continúan en su genoma.
Un giro asombroso
El gran evento de oxidación utilizó efectivamente el evento geológico del planeta como un punto de calibración “fósil”, se creó un cronograma detallado para la evolución de nuestro enfoque.
Hemos podido refinar significativamente el tiempo de evolución bacteriana en combinación con los resultados de la geología, la paleonología, la filogenética y el aprendizaje automático.
Nuestros resultados también revelaron un giro sorprendente: algunas razas de bacterias capaces de usar oxígeno existieron hace unos 900 millones de años en el gran evento de maíz. Sugiere que estas bacterias han desarrollado la capacidad de usar oxígeno a pesar de que el oxígeno atmosférico es muy bajo.
Significativamente, nuestras exploraciones han indicado que las cianobacterias realmente evolucionaron al uso de oxígeno antes de desarrollar fotosíntesis.
Esta estructura no solo revela nuestra comprensión sobre la historia evolutiva de las bacterias, sino que también representa cómo se desarrolló el poder de la vida en respuesta al entorno cambiante de la Tierra.
(Autor: Ben WoodcroftProfesor asociado de informática microbiana, Universidad de Tecnología de Queensland Y En Adrian. DominarPostdortoral Fellow, Departamento de Biología, Zurich, el Instituto Federal de Tecnología Suizo)
(Declaración de desaprobación: Ser financiado desde Ben Woodcroft Arc.
En Adrian. Devin se beneficiará de este artículo, para acciones de cualquier empresa u organización que no funcione para sus propias acciones, y no haya publicado ninguna relación relevante fuera de su nombramiento académico)))))
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