为了更好地了解现代蓝藻的昼夜节律时钟，日本的一个研究小组对古代的计时系统进行了研究。他们研究了现代蓝藻中时钟蛋白 KaiA、KaiB 和 KaiC（Kai 蛋白）的振荡，并将其与蓝藻祖先的 Kai 蛋白的功能进行了比较。他们的研究成果发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。
更好地了解昼夜节律钟系统的生理起源
“今天的蓝藻利用昼夜节律钟根据地球的自转来预测地球的光暗周期，从而实现高效的光合反应。福井县立大学副教授向山笃（Atsushi Mukaiyama）解释说：”我们想知道远古细菌是什么时候发展出昼夜节律钟的，以及这种特性是如何遗传给今天的蓝藻的。
蓝藻有时也被称为蓝绿藻，是一种光合细菌，对地球的海洋和大气有着重要影响。科学家们知道，蓝藻的最后一个共同祖先大约出现在 30 亿年前。大约 23 亿年前，地球大气中的氧气含量增加，蓝藻在大氧化事件期间进化成今天的生态系统。这一发展至少在 24 亿年前和 7 亿年前的两次雪球地球事件（当时地球被冰雪覆盖）以及新元古代的富氧事件（当时地球的氧气含量第二次上升）期间继续进行。新元古代的富氧发生在 8 亿至 5.4 亿年前。
根据化石和分子进化模型，科学家怀疑蓝藻的最近共同祖先已经拥有原始的氧气光合作用系统。光合作用的效率深受环境中光暗周期的影响。研究小组希望调查原始蓝藻在大氧化事件期间光合作用开始活跃时是否有一个时间系统。这有助于科学家了解昼夜节律时钟系统的生理起源。
蓝藻的昼夜节律钟
科学家已经在细菌、真菌、植物和哺乳动物等多种生物体内发现了 昼夜节律钟，即使生物体按照 24 小时节律运行的内部计时器。研究小组利用蓝藻菌株细长球藻（Synechococcus elongatus）研究了蓝藻的昼夜节律钟。他们利用时钟蛋白 KaiC 在试管中重建了时钟振荡器。他们还研究了原始 Kai 蛋白的功能和结构，以确定自我维持的 Kai 蛋白振荡器是如何随着时间的推移而进化的。
众所周知，光-暗周期会影响蓝藻的光合作用效率，因此研究小组希望弄清，当远古氧化过程和光合作用系统刚刚出现时，远古蓝藻是否已经有了自我维持的昼夜节律钟。他们发现，原始时钟的蛋白质中编码了更快的节律现象。”远古蓝藻的时钟与 18 到 20 个小时的周期同步。分子科学研究所助理教授 Yoshihiko Furuike 解释说：”这意味着可以通过追踪时钟蛋白质分子的进化来重建地球自转周期的历史。
更快的进化
研究小组的发现表明，祖先细菌中最古老的 KaiC 并不具备节律特性所需的功能和结构。通过分子进化，祖先的 Kai 蛋白质在全球氧化和雪球地球时期获得了必要的功能和结构。最后，光合蓝藻的最近共同祖先继承了这种自我维持的昼夜节律振荡器。这些发现对科学家了解时间生物学非常有帮助。”我们的最终目标是开发出改良蓝藻，通过缩短或延长凯氏蛋白振荡器的周期，使其能够适应地球以外的行星和卫星的自转周期。分子科学研究所教授秋山修二（Shuji Akiyama）说：”蓝藻花了很长时间才把时钟同步到24小时，但利用现代知识和技术，我们可以实现更快的进化。
