地球上最早“呼吸”或者使用氧氣的有機體是什么時候出現的？最新的研究顯示可能是31億年前。這一發現令人驚訝，因為大氧化事件（the Great Oxidation Event）是在24億年前，在該事件中，大氣的游離氧含量才突然增加。以上發現來自當地時間2月25日國際權威期刊《自然生態與進化》發表的研究。魏茨曼科學研究所的生物化學家丹·陶菲克（Dan Tawfik）通過對所有已知的利用氧氣和產生氧氣的酶的系統發育分析，發現氧氣早在大氧化事件發生之前就已廣泛為活生物體所利用。具體來說，分析了130個原核生物家族的基因組，這些原核生物被認為是地球上最早的微生物、細菌和古細菌的后代。
研究團隊利用大約700種使用或產生氧氣的酶的基因，創造了一個進化家譜。然后，研究團隊通過跟蹤蛋白質的可能突變率來構建“分子時鐘”。時鐘使他們能夠確定每種酶可能進化的時間。在他們研究的130個生物科中，研究團隊非常有把握確定其中36個科的出現年代。陶菲克表示，對氧氣的利用有一個暴發時間點，是30億-31億年前。36個科中有22個是在那個時候出現的，12個是后來出現的，只有兩個是在那之前出現的。
加州大學戴維斯分校的進化生物學家帕特里克·施（Patrick Shih）對《自然》表示，看到這篇論文，他非常激動。能夠利用氧氣的蛋白質的出現，標志著有氧微生物出現的關鍵一步，而這些微生物已經能夠利用氧氣。加州大學河濱分校的生物地球化學家Tim Lyons對《自然》表示，從一個幾乎無氧的世界到一個幾乎有氧的世界的轉變，是生命的重大突破之一。
科學家們普遍認為，地球早期的大氣和海洋幾乎都缺乏氧氣。但也有一些反例，比如地球化學家發現了可追溯到30億年前的礦床，這些礦床只能在氧氣存在的情況下形成。2015年，一組地球化學家報告說發現大約在32億年前，沉積在淺海富含鐵的巖石層中有鐵銹，這說明有氧氣存在。通過化學分析，研究人員發現這古老鐵銹的形成來自于生物的作用。一些證據表明，藍藻可能早在35億年前就出現了，藍藻是最早將氧氣作為呼出物的光合作用生物。不過，對于這一研究，也有批評人士指出，如果氧氣生產者和使用者來得那么早，它們會迅速蔓延到全球各地，因為利用氧氣可以讓生物體從食物中獲取更多的能量。但大氧化事件直到24億年前才發生。
