Een team van de Universiteit van Wisconsin-Madison heeft met succes een 3,2 miljard jaar oud enzym gereconstrueerd, dat een directe biochemische link heeft gelegd met het leven voordat zuurstof de atmosfeer van de aarde domineerde. Deze doorbraak belicht niet alleen de omstandigheden waaronder het vroege leven bloeide, maar vormt ook een robuuste chemische marker voor het detecteren van potentieel leven op andere planeten.
Het oorspronkelijke enzym: nitrogenase
Het onderzoek, geleid door professor Betül Kaçar, concentreerde zich op nitrogenase, een enzym dat essentieel is voor het omzetten van stikstof uit de lucht in een bruikbare vorm voor organismen. Zonder stikstofase zou het leven zoals wij dat kennen niet bestaan. De functie van dit enzym is zo fundamenteel dat de reconstructie ervan een uniek inzicht biedt in de vroegste biologische processen op aarde.
De fossiele kloof overbruggen met synthetische biologie
Traditioneel is het begrijpen van het leven in de oudheid afhankelijk van schaarse geologische gegevens – fossielen en gesteentemonsters die vaak moeilijk te verkrijgen zijn. Het team van Kaçar maakte gebruik van synthetische biologie om deze beperking te overwinnen. Door oude enzymen opnieuw te creëren en deze in moderne microben te introduceren, kunnen ze deze overblijfselen uit het verleden bestuderen in een gecontroleerde laboratoriumomgeving. Deze aanpak vult effectief de gaten in het fossielenbestand op en biedt tastbare reconstructies van het leven van miljarden jaren geleden.
Leven vóór zuurstof: een scherper beeld
Drie miljard jaar geleden was de atmosfeer van de aarde drastisch anders: rijk aan koolstofdioxide en methaan, en gedomineerd door anaerobe microben. Begrijpen hoe deze organismen toegang kregen tot cruciale voedingsstoffen zoals stikstof is van cruciaal belang om te begrijpen hoe het leven voortduurde voordat de Great Oxidation Event de planeet fundamenteel hervormde.
Het onderzoek van het team bevestigt dat oude stikstofase-enzymen dezelfde isotopische kenmerken produceren als moderne versies, wat betekent dat de manier waarop dit enzym met zijn omgeving interageert gedurende miljarden jaren consistent is gebleven. Deze consistentie is van cruciaal belang omdat isotopische kenmerken in gesteenten vaak worden gebruikt om de aanwezigheid van oud leven af te leiden.
Implicaties voor astrobiologie
Professor Kaçar benadrukt dat het begrijpen van het verleden van de aarde essentieel is voor de zoektocht naar leven buiten onze planeet. “De zoektocht naar leven begint hier thuis, en ons huis is 4 miljard jaar oud”, verklaarde ze. Door oude enzymen te reconstrueren krijgen wetenschappers een dieper inzicht in de biochemische vingerafdrukken die het leven achterlaat, waardoor het waarschijnlijker wordt om sporen van leven op andere werelden te identificeren.
“We moeten het leven vóór ons begrijpen, als we het leven dat voor ons ligt en het leven elders willen begrijpen.”
Dit onderzoek biedt astrobiologen een krachtig hulpmiddel en biedt een betrouwbare marker voor het identificeren van leven in omgevingen die radicaal verschillen van de onze. De bevindingen van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Uiteindelijk toont dit werk de waarde aan van synthetische biologie bij het ontsluiten van geheimen uit het diepe verleden. Door oude moleculen fysiek te herscheppen, kunnen wetenschappers aannames testen, lacunes in de kennis opvullen en methoden verfijnen voor het detecteren van leven – zowel op aarde als daarbuiten.
