大约5.8亿年前，地球开始进入“寒武纪”。寒武纪是现代生命体的开始阶段，也是生命形式的大爆发期，此时期动物群以具有坚硬外壳、多门类的海生无脊椎动物为其主要特点，其中三叶虫最为常见，故又常被称为三叶虫时代。古生物学家通过这一时期的化石认识了这些的生命形式的进化历程。不过，他们在描绘30亿年前到寒武纪这段时间的生命进化情况却面临了挑战，因为这段时间内，几乎没有软体动物的化石被保存下来。不过，被忽视的一件事情是这一时期的生命体的“化石”却一直保留至今。它就是DNA。
所有生物体基因组都源于祖先，来自麻省理工学院（MIT）的计算生物学家认为，他们可以利用现代的生物的基因组重建古生物的演变史。结合不断完善的基因组文库信息，他们利用数学模型模拟了基因的演变，他们发现，基因家族是可以不断继承、延续的；基因可以调换，而物种间的基因也是可以横向转移的；在同一个基因组中，基因可以不断的复制；基因也可能丢失。
科学家们追溯了100种现代生物的基因组中数以千计的基因最初在地球上亮相的情景，他们选择的这些基因组“化石”不仅说明了生物体中基因的演变，也证明了古生物中含有这些基因。该工作所选择基因组都历经了从33亿年前到28亿年前的一个时期，其中现有的27%基因家族都是那段时期所保留下来的。
美国麻省理工学院的Eric Alm教授和哈佛大学Lawrence David教授联合发表了此项重要工作。他们把那段时期称为太古代膨胀期（the Archean Expansion）。
我们知道氧气是在约25亿年前在开始出现并积累的，氧气的出现可能扼杀了大量的厌氧生命体。Alm和David认为如此多的新基因的产生与氧气的出现有关，氧气的出现可能是太古代膨胀期产生的原因。
“大氧化事件可能是细胞的生命历史上最严重的灾难性事件，不过，我们并没有关于此时期的任何生物学纪录”Alm 说道。
然而，进一步研究发现，直到28亿年前，也就是太古代膨胀期末期，利用氧气的基因出现了，这点与大氧化事件出现的时间是一致的。
电子传递是植物和一些微生物光合作用中将太阳能转化为化学能的一个必需的过程，太古代膨胀期，电子传递就已经在生命演化历程的几个关键阶段出现，其中包括了光合作用和呼吸作用。Alm和David测算电子传递及与细胞膜内电子传递相关生物化学过程出现的时间，而光合作用中的光反应被认为与大氧化事件有紧密的关联。
图片来源：Physorg.com
“我们的结论并没有认为电子传递的发展是否直接导致了太古代膨胀期的发生，”David说。“不过，我们可以推测到更多的能量储备改善了生物圈，并进一步导致了更为复杂的微生物系统。”
David和Alm继续研究了太古代膨胀期生物基因组是如何进化的，观察了与这些基因相关的金属和分子的演化过程。他们发现利用氧气的基因和酶（与铜、钼相关酶）在逐渐增多。这点与进化相关的地质纪录也是相符的。
Alm说，“值得纪念的是，这些发现证明了古老的历史在当前的生物体在DNA中得到了再现。现在，我们逐步认识了那段历史到底是如何发展的，我们希望能够重建更加详细的生命进化的细节。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐英文摘要：
Nature doi:10.1038/nature09649
Rapid evolutionary innovation during an Archaean genetic expansion
Lawrence A. David& Eric J. Alm
The natural history of Precambrian life is still unknown because of the rarity of microbial fossils and biomarkers1, 2. However, the composition of modern-day genomes may bear imprints of ancient biogeochemical events3, 4, 5, 6. Here we use an explicit model of macroevolution including gene birth, transfer, duplication and loss events to map the evolutionary history of 3,983 gene families across the three domains of life onto a geological timeline. Surprisingly, we find that a brief period of genetic innovation during the Archaean eon, which coincides with a rapid diversification of bacterial lineages, gave rise to 27% of major modern gene families. A functional analysis of genes born during this Archaean expansion reveals that they are likely to be involved in electron-transport and respiratory pathways. Genes arising after this expansion show increasing use of molecular oxygen (P = 3.4 × 10(8)) and redox-sensitive transition metals and compounds, which is consistent with an increasingly oxygenating biosphere.
