Ada secara kasar satu triliun spesies mikroorganisme di bumi – sebagian besar di antaranya adalah bakteri.
Bakteri terdiri dari satu sel. Mereka tidak memiliki tulang dan tidak seperti hewan besar yang meninggalkan tanda -tanda yang jelas dalam catatan geologis, yang berterima kasih kepada para palaeontologi dapat belajar jutaan tahun kemudian.
Ini telah membuat para ilmuwan sangat sulit untuk membangun garis waktu evolusi awal mereka. Tetapi dengan bantuan pembelajaran mesin, kami telah dapat mengisi banyak detail. Penelitian baru kami, Diterbitkan Hari Ini dalam Sains juga mengungkapkan beberapa bakteri mengembangkan kemampuan untuk menggunakan oksigen jauh sebelum Bumi menjadi jenuh dengan itu sekitar 2, 4 miliar tahun yang lalu.
Peristiwa huge dalam sejarah bumi
Sekitar 4, 5 miliar tahun yang lalu, bulan terbentuk. Dengan keras. Objek ukuran Mars bertabrakan dengan bumi, mengubah permukaannya menjadi batuan cair. Jika kehidupan ada sebelum bencana ini, itu mungkin dihancurkan.
Setelah itu, leluhur saat ini dari semua makhluk hidup muncul: mikroba bersel tunggal. Untuk 80 % pertama sejarah kehidupan, Bumi dihuni semata -mata oleh mikroba ini.
Tidak ada dalam biologi yang masuk akal kecuali dalam terang evolusi, sebagai ahli biologi evolusi Theodosius Dobzhansky kata terkenal Pada tahun 1973 Tetapi bagaimana evolusi kehidupan berlanjut melalui sejarah awal Bumi?
Membandingkan urutan DNA dari keragaman kehidupan yang luar biasa yang kita lihat hari ini dapat memberi tahu kita bagaimana kelompok yang berbeda berhubungan satu sama lain. Misalnya, kita manusia lebih erat terkait dengan jamur daripada kita dengan pohon apel. Demikian juga, perbandingan semacam itu dapat memberi tahu kita bagaimana berbagai kelompok bakteri terkait satu sama lain.
Tetapi perbandingan sekuens DNA hanya dapat membawa kita sejauh ini. Perbandingan DNA tidak mengatakan ketika dalam sejarah evolusioner Bumi terjadi. Pada satu titik waktu, sebuah organisme mereproduksi dua keturunan. Salah satu dari mereka memunculkan jamur, yang lain untuk manusia (dan banyak spesies lain juga). Tetapi kapan tepatnya organisme itu hidup? Berapa tahun yang lalu?
Satu hal yang diajarkan geologi kepada kita adalah keberadaan peristiwa huge lain dalam sejarah Bumi, 2, 4 miliar tahun yang lalu. Pada saat itu, suasana bumi berubah secara dramatis. Sekelompok bakteri yang disebut cyanobacteria menemukan trik yang akan mengubah kisah kehidupan selamanya: fotosintesis.
Memanen energi dari matahari bertenaga sel mereka. Tetapi juga menghasilkan produk limbah yang tidak nyaman, gas oksigen.
Selama jutaan tahun, oksigen di atmosfer perlahan -lahan menumpuk. Sebelum “peristiwa oksidasi yang hebat” ini, Bumi hampir tidak mengandung oksigen, jadi hidup tidak siap untuk itu. Faktanya, untuk bakteri yang belum tahu, oksigen adalah gas beracun, dan pelepasannya ke atmosfer mungkin menyebabkan kepunahan massal. Bakteri yang masih hidup berevolusi untuk menggunakan oksigen, atau mundur ke ceruk world di mana ia tidak menembus.
Pohon Bakteri Kehidupan
Acara oksidasi yang hebat sangat menarik bagi kami bukan hanya karena dampaknya dalam sejarah kehidupan, tetapi juga karena dapat diberikan tanggal yang jelas. Kita tahu itu terjadi sekitar 2, 4 miliar tahun yang lalu – dan kami juga tahu sebagian besar bakteri yang beradaptasi dengan oksigen harus hidup setelah acara ini. Kami menggunakan informasi ini untuk melapisi tanggal untuk pohon bakteri kehidupan.
Kami mulai dengan melatih model kecerdasan buatan (AI) untuk memprediksi apakah bakteri hidup dengan oksigen atau tidak dari gen yang dimilikinya. Banyak bakteri yang kita lihat saat ini menggunakan oksigen, seperti cyanobacteria dan lainnya yang hidup di laut. Tetapi banyak yang tidak, seperti bakteri yang hidup di usus kita.
Sejauh tugas pembelajaran mesin berjalan, yang ini cukup mudah. Kekuatan kimia oksigen secara nyata mengubah genom bakteri karena metabolisme sel menjadi terorganisir di sekitar penggunaan oksigen, sehingga ada banyak petunjuk dalam data.
Kami kemudian menerapkan version pembelajaran mesin kami untuk memprediksi bakteri mana yang menggunakan oksigen di masa lalu. Ini dimungkinkan karena teknik contemporary memungkinkan kita untuk memperkirakan tidak hanya bagaimana spesies yang kita lihat saat ini terkait, tetapi juga gen mana yang dibawa masing -masing leluhur dalam genomnya.
Sentuhan yang mengejutkan
Dengan menggunakan peristiwa geologi planet-lebar dari peristiwa oksidasi hebat secara efektif sebagai titik kalibrasi “fosil”, pendekatan kami menghasilkan garis waktu terperinci dari evolusi bakteri.
Menggabungkan hasil dari geologi, paleontologi, filogenetik dan pembelajaran mesin, kami dapat memperbaiki waktu evolusi bakteri secara signifikan.
Hasil kami juga mengungkapkan sentuhan yang mengejutkan: beberapa garis keturunan bakteri yang mampu menggunakan oksigen ada sekitar 900 juta tahun sebelum acara oksidasi yang hebat. Ini menunjukkan bahwa bakteri ini mengembangkan kemampuan untuk menggunakan oksigen bahkan ketika oksigen atmosfer langka.
Hebatnya, temuan kami menunjukkan bahwa cyanobacteria benar -benar mengembangkan kemampuan untuk menggunakan oksigen sebelum mereka mengembangkan fotosintesis.
Kerangka kerja ini tidak hanya membentuk kembali pemahaman kita tentang sejarah evolusi bakteri tetapi juga menggambarkan bagaimana kemampuan hidup berevolusi sebagai respons terhadap lingkungan yang berubah.
(Pengarang: Ben Woodcroft Associate Teacher Mikroba Informatika, Universitas Teknologi Queensland Dan Adrián A. Davín Sesama postdoctoral, Departemen Biologi, Institut Teknologi Federal Swiss Zurich
(Pernyataan Penafian: Ben Woodcroft menerima dana dari busur.
Adrian A. Davin tidak bekerja untuk, berkonsultasi, memiliki saham sendiri atau menerima dana dari perusahaan atau organisasi mana pun yang akan mendapat manfaat dari artikel ini, dan tidak mengungkapkan afiliasi yang relevan di luar penunjukan akademik mereka.)
Artikel ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca Artikel asli
(Kecuali untuk tajuk utama, cerita ini belum diedit oleh staf NDTV dan diterbitkan dari feed sindikasi.)
