一群血气方刚的系谱学者的工作引起了人们的注意：他们在一些微生物中发现了目前已知的血红蛋白的最早祖先原种——两种荷氧蛋白，这使得科学家们能更近距离地研究利用氧气的最早生命形式。

据该项目首席科学家、夏威夷大学的微生物学家马休道尔 · 阿拉姆（Maqsudul Alam）称：该项研究还能有助于研究血液的代用品，作为新的分子故事，阐明这些称之为原珠蛋白（protoglobin）的蛋白质的结构是如何进化以运输和释放氧气的。

来自毛伊岛高性能计算中心和得克萨斯大学西南医学中心的科学家们完成了此项研究。该发现发表于2004年4月27日的《美国国家科学院院报》（PNAS）上。该项目是在美国国家科学基金会的一项4年期、数额为50万美元的资助下完成的。对原始地球的生物来说，氧气是一种毒气。在单细胞古生物（archaea）中，形成了一些特殊的蛋白质，它们可以捕获和运输分子氧，然后不是释放这些分子氧以供呼吸、而是分离和去毒化分子氧以便保护生物体本身。古生物是一种与众不同的微生物种群，它们的家系是在很久以前，从一种它们与细菌和真核生物（指植物、动物和其他在细胞核中含有DNA的生命形式）所共同的祖先趋异演变而来的。古生物的许多株系现在依然存在，经常被发现于地球的最恶劣、最热的、产生氧气的环境中。不论过程如何，其中一些株系已进化得适应于利用氧气。

阿拉姆的研究小组在两种不同的古生物物种中发现了两种原始的原球蛋白（protoglobulin）。一种是Aeropyrum pernix，它只能进行有氧呼吸，生存的最适环境是接近沸腾的盐水，最早发现于日本海洋火山口的温泉中。另一种是Methanosarcina acetivorans，它可以通过几种厌氧或无氧代谢途径来产生甲烷气体。M. acetivorans被发现于很多不同的环境中，包括湖底的淤泥、堆肥中的树叶、牛肉馅饼和人体的肠道。这两种古生物的基因组都已于最近完成了测序。

利用氧气进行呼吸作用的能力使这些生物的多样性得到了巨大的扩展，形成了一种影响更为深远的进化转变，使这些生物适应从海洋到大陆、从地面到空中的生活，或者适应各种情况的生存。伊丽莎白 · 胡德（Elizabeth Hood）是美国国家科学基金会分子和细胞生物科学学部信号转导和细胞调控领域的负责人，她说：“当地球上出现早期生命形式的时候，大气中包含有大量的有害分子，包括氮氧化物和硫化氢。早期的血红蛋白很可能在进化中与这些气体相结合并使之解除毒性。当氧气成为大气的一种组分的时候，它也是有毒的，这些早期的生物可以通过血红蛋白来结合氧气并最终消除了它的毒性。”

胡德说：但是，对于那些生存在大气中富含氧气的地面上的高级的、较大的生命形式来说，需要有一种机制来充分利用氧气带来的益处，而血红蛋白也就进化成为了氧气的运输载体，而不是解毒物。她说：“在地球上大多数原始生命形式中发现各种早期的血红蛋白这一事实证明了这些血红蛋白在生命的进化发展中至关重要的作用。”（在人体中，随着每次吸气，血红蛋白与肺中的氧气结合。由于充满氧气，血细胞变成红色，血细胞中的血红蛋白运输着氧气到达人体内远近不等的各种组织，在这些组织中释放氧气以供细胞的呼吸作用，这是极其重要的。）

为了发现这两种原珠蛋白，研究小组应用了生物技术和高性能计算两个领域中的尖端设备，从两种微生物中克隆出了（这两种蛋白质的）基因序列，并运用特化的大肠杆菌作为基因表达系统，生成了这些蛋白质的样品。研究小组还分析了这些蛋白质（及其基因序列）的结构，与血红蛋白家族的其他化合物成员进行了序列的比对。运用计算机生成了分子结构模型并进行了“分子动力学模拟”，用动画描绘了这些蛋白质与一氧化碳、氮氧化物和氧气结合的过程。

研究小组还就基因序列、结合特性和分子结构等方面的情况，将这些原珠蛋白与来自大量各种来源的生物的血红蛋白和其他运输氧气的分子进行了比较。这些来源生物包括细菌、多毛虫、线虫、“血液寄生虫”、小鼠、人类和鲸鱼。

据阿拉姆称：这些分子与来自A. pernix和M. acetivorans的原珠蛋白之间的相似性揭示了这些原珠蛋白与感觉氧气、一氧化碳、氮氧化物和硫化氢等的机制的进化之间“有趣的联系”。

阿拉姆还说：这些相似性还揭示了原珠蛋白与所谓的LUCA，即“最近一个宇宙万物共同的祖先”（Last Universal Common Ancestor）之间的联系。阿拉姆说：“人们相信，LUCA是一种新陈代谢`极其灵活'的单细胞生物，它甚至在自由氧分子在空气中存在以前就具有了利用氧作为能源的能力。我们认为原珠蛋白帮助LUCA获得了生存。而原珠蛋白的派生物，包括血红蛋白、肌红蛋白、神经红蛋白和细胞红蛋白，则通过各种机制在充满氧气的世界中保持一种代谢平衡，因而使各种较高级的生物得以进化。”