【大公報訊】記者郭如佳報道：過去觀點廣泛認為，生物的氧氣呼吸能力僅在大氣氧氣豐富後才演化而出，但香港中文大學（中大）生命科學學院李福善海洋科學研究中心教授羅海偉領導的研究團隊發現，好氧細菌（即呼吸氧氣的細菌）大約在27億年前已經出現，比地球大氣氧氣首次大幅上升的「大氧化事件」早了2億至4億年。該發現推翻過去認知，證實微生物早在地球大氣全面轉變前，就已適應局部氧氣來源。

追溯生命何時開始利用氧氣，向來是科學界的一大挑戰。過往做法是依賴直接檢測與氧氣利用的基因，卻常因環境細菌的基因組不完整而失效。「環境基因組」通常來自複雜微生物群落的片段拼湊，並且本身呈碎片化，導致傳統檢測不可靠。

分析逾8萬細菌基因組溯源

為解決此難題，羅海偉領導的研究團隊，聯同中大醫學院及英國聖安德魯斯大學的研究人員，開發出一種機器學習（AI分支）模型，無需直接尋找與氧氣相關的基因。該模型僅以最少一組由40個基因組成的基因集進行訓練，即可識別好氧細菌。這些基因大多涉及能量代謝和壓力反應等基本細胞過程，並非直接處理氧氣，即使應用於不完整的環境基因組，模型仍維持高準確度。

團隊將模型用於研究分析超過8萬個細菌基因組，並將結果對照到細菌系統演化樹上，結合根據遺傳物質變化速率估計物種分歧時間的「分子鐘定年技術」，追溯細菌氧氣呼吸的演化歷史。研究指出，好氧細菌最初出現後，數量一直相對稀少，直到大氧化事件期間數量才急劇擴張。第二次大規模擴張發生在約8億至5.5億年前，與另一個大氣氧氣上升的重要時期「新元古代氧化事件」相脗合。羅海偉表示，這意味着在數億年裏，這些早期氧氣呼吸微生物已活在「氧氣綠洲」中，而這些氧氣很可能由早期釋氧細菌或非生物過程產生，當時地球其餘大部分地區仍幾乎無氧。

該研究展示了機器學習如何預測現代微生物的特徵，並與演化樹分析結合，可靠推斷古代先祖的生命特徵。團隊為機器學習應用於揭示深時（deep-time）演化事件樹立先例，為多分子演化研究開闢道路。