摘要：为了更好地了解现代蓝细菌中的昼夜节律，研究团队已经研究了古老的计时系统。他们检查了现代蓝细菌中时钟蛋白Kaia，Kaib和Kaic（Kai蛋白）的振荡，并将其与祖先KAI蛋白的功能进行了比较。...

为了更好地了解现代蓝细菌中的昼夜节律，日本研究团队已经研究了古老的计时系统。他们检查了现代蓝细菌中时钟蛋白Kaia，Kaib和Kaic（Kai蛋白）的振荡，并将其与祖先KAI蛋白的功能进行了比较。

他们的研究发表在自然通讯2025年5月15日。

“现存的蓝细菌利用昼夜节律通过地球旋转来预测浅黑暗的环境周期，以实现有效的光合作用反应。我们想知道古代细菌何时获得昼夜节律时钟的进化历史，以及该特性是如何通过当前的cyanobacteria继承的，” Atsushi Mukaiyama Mukaiyama sossosiemiate preft preft fuke preft preft preft preft fuk preft fuk。

蓝细菌，有时称为蓝绿色藻类，是光合细菌，以重要方式影响地球的海洋和大气。科学家们知道，蓝细菌的最新共同祖先大约30亿年前出现。它通过大氧化事件演变为当前的生态系统，这发生在地球大气中的氧气水平上升约23亿年前。这种进化持续到至少两个雪地地球事件，大约2.4亿和7亿年前，当时地球被冰覆盖，并通过新元古代氧合事件，当时地球的氧气水平第二次上升。新元古代氧合事件发生在800至5.4亿年前。

通过对化石和分子进化模型的研究，科学家认为，最新的蓝细菌祖先已经具有原始的氧光合系统。光合作用的效率受浅黑暗环境周期的强烈影响。研究小组着手检查原始蓝细菌在大氧化事件中光合作用变得活跃时是否具有计时系统。这可以帮助科学家了解昼夜节律系统的生理起源。

科学家已经确定了昼夜节律时钟，那些指导有机体在24小时钟中运行的内部计时员，例如细菌，真菌，植物和哺乳动物。研究小组使用蓝细菌菌株研究了蓝细菌的昼夜节律时钟Synechococcus elongatus。他们使用时钟蛋白KAIC在试管中重建了时钟振荡器。他们还检查了祖先KAI蛋白的功能和结构，以确定自我维持的Kai蛋白振荡器如何随着时间的流逝而发展。

知道光黑暗周期会影响蓝细菌中的有效光合作用，该团队想确定古代蓝细菌在发生古老的氧化事件时是否具有自我维持的昼夜节律，并首先建立了光合作用系统。

他们发现，更快的节奏现象是用祖先时钟蛋白编码的。 Yoshihiko Furuike说：“将古老的蓝细菌时钟同步到18至20个小时的周期。这意味着，通过时钟蛋白分子的演变，已经恢复了地球旋转时期的历史。”

该团队的结果表明，最古老的祖先细菌的KAIC缺乏对节奏品质必不可少的功能和结构。通过分子进化，祖先的KAI蛋白在全球氧化和雪地地球事件周围获得了必要的功能和结构。最终，能够光合作用的蓝细菌的最新共同祖先继承了这种自我维持的昼夜节律振荡器。

这些结果对科学家对年代生物学的理解非常有帮助。 "Our ultimate goal is to design modified cyanobacteria that can adapt to the rotation period of planets and satellites other than Earth by shortening or lengthening the period of the Kai-protein oscillator. Cyanobacteria have taken a long time to tune their clock to 24 hours, but we may be able to achieve even faster evolution using modern knowledge and technology," said Shuji Akiyama, Professor, Institute for Molecular Science.

研究小组包括日本福岛县的Atsushi Mukaiyama； Yoshihiko Furuike，Kota Horiuchi，Kanta Kondo和日本俄克拉省分子科学学院和日本俄克拉省Sokendai的分子科学研究所的Shuji Akiyama；来自日本名古屋大学的Kumiko Ito-Miwa；日本俄克拉省分子科学研究所的Yasuhiro Onoue；来自日本大阪大学的Eiki Yamashita。

这项研究是由平台项目资助的，用于支持AMED的药物发现和生命科学研究，科学研究赠款，Takeda Science Foundation和Toyoaki奖学金基金会。