地球大气中的氧气是复杂生命形式所必需的，它们在有氧呼吸过程中利用氧气产生能量。大约24亿年前，大气中的含氧量急剧上升，但当时为什么会发生这种情况呢？一些科学家认为，24亿年前，被称为蓝藻细菌的生物第一次进化，能够进行产氧光合作用。另一些科学家则认为，在更早之前，蓝藻细菌就已经进化了，但是某些事物阻止了氧气在空气中的累积。
蓝藻细菌与光合作用通常，光合作用和蓝藻细菌的出现被认为是一回事。因此，为了弄清楚氧气最初是什么时候产生的，研究人员试图找出蓝藻细菌是什么时候开始进化的。但是，也有人认为，蓝藻细菌进行着一种相对复杂的产氧光合作用——与今天所有植物的光合作用类型相同，因此在蓝藻出现之前，更简单的产氧光合作用形式可能已经存在。
人们争论着不同的观点，但是关键问题是，证据呢？没有人看见生命赖以生存的氧气最初是什么时候产生的，人类的出现是很久很久之后的事情，或许，我们可以通过地球上留下的古老化石寻找氧气的痕迹？然而，岩石越古老就越稀有，也就越难确切证明，在这些古老岩石中发现的任何化石微生物是否使用或产生了任何数量的氧气。科学家们很难利用地球上的岩石记录找出第一批氧气制造者是何时进化而来的。
那么，除了化石，自然还留下了什么痕迹呢？基因，存在于生命体内的基因。基因忠实地记录着生物进化过程中发生的种种事件，积累着环境带来的变化。因此，伦敦帝国理工学院的一个研究小组试图从参与光合作用的蛋白质的演化过程，来追溯产氧光合作用最初是什么时候进化出来的。
在光合作用的第一阶段，蓝藻细菌利用光能，在一种被称为光系统II的蛋白质复合物的帮助下，将水分解成质子、电子和氧气。
光系统II由D1和D2两种蛋白质组成。最初，这两种蛋白质是相同的，然而，尽管如今它们依然有着非常相似的蛋白质结构，它们的潜在基因序列却并不相同。在蓝藻细菌和植物中，这两种蛋白质的基因序列只有30%是相同的。这说明什么呢？我们知道，生物的遗传密码具有简并性——几种不同的基因序列可能编码着相同的氨基酸，即使遗传密码随着时间流逝缓慢变化，却并不会改变蛋白质的结构和功能。
因此，D1、D2这两种蛋白质结构高度相似而基因序列不同的事实表明，它们是独立进化的。
利用强大的统计方法，以及在光合作用的进化中已知的事件，研究人员确定，光系统II中D1、D2蛋白质进化得极其缓慢，甚至比被认为是在生命的早期形式中发现的最古老的蛋白质还要慢。根据演化速率，他们推算出，蓝藻细菌和植物的D1、D2蛋白质的基因序列从100%相同演化到只有30%相同，至少经过了10亿年时间，而且可能更久。
伦敦帝国理工学院生命科学系的Tanai Cardona博士说，我们知道蓝藻细菌非常古老，但是我们不知道它到底有多古老。假如蓝藻细菌有25亿年的历史，那就意味着，光合作用或许早在35亿年前就开始了。这表明，在生命起源之后，可能不需要几十亿年，产氧光合作用就开始了。这与当前的地质学数据相一致，这些数据表明，在30亿年前，可能已经有氧气的呼出或局部积聚。
因此，产氧光合作用的起源和蓝细菌祖先的出现并不代表相同的东西。两者之间可能存在漫长的时间间隔。这是一个视角上的巨大变化。现在，研究小组正试图重现在D1、D2进化之前的光系统是什么样子。利用今天所有物种的光系统遗传密码的已知变异，他们试图拼凑出最早祖先的光系统遗传密码。如果产氧光合作用进化得很早，这或许意味着，它是一个相对简单的进化过程。那么，在遥远的系外行星上出现复杂生命的可能性是相当高的。