細菌CO2濃縮機制演變的機制和潛在途徑。（A） 今天，億年意味有足細菌CCM通過三個主要特征的前地球早期珠海外圍預約上門（電話微信180-4582-8235）提供高端外圍上門真實靠譜快速安排不收定金見人滿意付款協同作用發揮作用——（i）細胞膜上的無機碳（Ci）轉運蛋白，以及（ii）適當形成的大氣羧基結構（iii）將rubisco與碳酸酐酶（CA）共包封。Ci攝取導致細胞內HCO3濃度高，中可著古遠高于與外部環境的含氧化碳平衡。升高的藍藻HCO3−通過僅位于那里的CA活性轉化為高的羧基CO2濃度，這促進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，但在環境空氣中無法生長，前地球早期如本文所示，大氣珠海外圍預約上門（電話微信180-4582-8235）提供高端外圍上門真實靠譜快速安排不收定金見人滿意付款蛋白細菌化學自養菌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構化蛋白質（Δcsos 2）的菌株未能在環境空氣中生長，但在5%CO2（>108個菌落形成單位/ml）中生長健壯（C）我們認為CCM由三種功能組成，藍藻超出rubisco本身：CA酶（品紅色）、食物Ci轉運蛋白（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固定細菌就不需要CCM。我們試圖在實驗上區分六個連續軌跡（虛線箭頭），在這些軌跡中可以獲得CCM分量。資料來源：《美國國家科學院院刊》（2022）。DOI:10.1073/pnas.2210539119
（神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（作者：California Institute of Technology）：藍藻是一種單細胞生物，通過光合作用將大氣中的二氧化碳（CO2）和液態水（H2O）轉化為可呼吸的氧氣和構成細胞的蛋白質等碳基分子，從而從光中獲取能量。藍細菌是地球歷史上最早進行光合作用的生物，負責向早期地球注入氧氣，從而顯著影響生命的進化。
地質測量表明，30億年前地球早期的大氣中可能富含二氧化碳，遠遠高于人類氣候變化導致的當前水平，這意味著古藍藻有足夠的“食物”。
但在地球數十億年的歷史中，大氣中的二氧化碳濃度已經下降，因此為了生存，這些細菌需要發展新的策略來提取二氧化碳。因此，現代藍藻看起來與它們的遠古祖先截然不同，它們擁有一套復雜而脆弱的結構，稱為CO2濃縮機制（CCM），以補償較低濃度的CO2。
現在，加州理工學院的新研究揭示了CCM是如何進化的，解決了進化地球生物學領域的一個長期謎團。這項新的研究利用遺傳技術來模擬現代生物的遠古祖先，使研究人員能夠系統地對不同版本的細菌進行實驗，并揭示可能的進化途徑。
這項研究是加州理工大學地球生物學教授伍德沃德·費舍爾和加州大學伯克利分校分子生物學副教授大衛·薩維奇以及霍華德·休斯醫學研究所實驗室之間的合作。它發表在《美國國家科學院院刊》上。
費舍爾說：“這是研究地球歷史的一種新興方式。”。“我們可以在實驗室中復制現代生物，讓我們通過嚴格的實驗室實驗來測試其進化軌跡。”

來源：Flamholz等人2022
藍藻在一種名為rubisco的酶的幫助下“吃掉”二氧化碳。簡單地說，Rubisco不太擅長它的工作——它的反應很慢，而且傾向于與其他分子而不是二氧化碳發生反應。當藍藻處于高濃度CO2環境中時，這不是問題；rubisco可能效率低下，細菌仍有足夠的CO2進行代謝。但是，由于大氣中的二氧化碳水平在數十億年中下降了很多，現代藍藻已經進化出一種CCM，將二氧化碳集中在細菌體內，并提高rubisco的效率。
CCM讓進化生物學家感到困惑，因為它們如此微妙地改變了編碼CCM各個部分的20個基因中的任何一個，都會導致整個結構失效。
“我們認為進化是循序漸進的，每一個新基因都會增加一些新功能，”加州理工學院博士后學者、這篇新論文的主要作者阿維·弗蘭霍爾茲說。“例如，現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光。有了CCM，就沒有明確的途徑表明它們是如何進化到現在的復雜性的。”
在這項新的研究中，團隊著手對CCM結構可能的古代迭代進行建模。為此，他們對大腸桿菌進行了基因改造，使其代謝需要二氧化碳。因為在實驗室里已經建立了與大腸桿菌一起工作的基因工具，所以與藍藻本身相比，使用這種模型系統更容易。然后，該團隊利用構成CCM的20個基因改造大腸桿菌菌株，并系統地添加、刪除和調整基因，以模擬CCM結構的所有可能的進化軌跡。
通過這種方式，Flamholz和他的團隊發現，事實上有幾種生物學上可行的軌跡導致了復雜的現代CCM的出現。
費希爾說：“這些結果突出了全球變化和地球生物圈演化之間無所不在的對話。”。“隨著二氧化碳越來越稀少，藍藻能夠創新出一種卓越的生化解決方案。”