Zespołowi naukowców z Uniwersytetu Wisconsin-Madison udało się zrekonstruować enzym sprzed 3,2 miliarda lat, ustanawiając bezpośrednie biochemiczne powiązanie z życiem, zanim tlen zdominował ziemską atmosferę. To przełomowe odkrycie nie tylko rzuca światło na warunki, w jakich kwitło wczesne życie, ale także tworzy niezawodny marker chemiczny do wykrywania potencjalnego życia na innych planetach.
Pierwotny enzym: azotogenaza
Badania prowadzone pod kierunkiem profesora Betula Kachara skupiały się na nitrogenazie, enzymie niezbędnym do przekształcenia azotu atmosferycznego w formę użyteczną dla organizmów. Bez azotazy nie byłoby życia, jakie znamy. Funkcja tego enzymu jest tak fundamentalna, że jego rekonstrukcja zapewnia unikalny wgląd w najwcześniejsze procesy biologiczne na Ziemi.
Łączenie przeszłości z przyszłością za pomocą biologii syntetycznej
Tradycyjnie zrozumienie starożytnego życia opierało się na nielicznych zapisach geologicznych — skamieniałościach i próbkach skał, które często są trudne do uzyskania. Zespół Kachara wykorzystał biologię syntetyczną, aby pokonać to ograniczenie. Odtwarzając starożytne enzymy i wprowadzając je do współczesnych drobnoustrojów, mogą badać te relikty przeszłości w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym. Takie podejście skutecznie wypełnia luki w zapisie kopalnym, oferując namacalne rekonstrukcje życia, które istniało miliardy lat temu.
Życie przed tlenem: wyraźniejszy obraz
Trzy miliardy lat temu ziemska atmosfera była radykalnie inna – bogata w dwutlenek węgla i metan i zdominowana przez drobnoustroje beztlenowe. Zrozumienie, w jaki sposób te organizmy uzyskały dostęp do niezbędnych składników odżywczych, takich jak azot, jest niezbędne do zrozumienia, jak życie przetrwało przed Wielkim Utlenieniem, które zasadniczo zmieniło planetę.
Badania zespołu potwierdzają, że starożytne enzymy azotazy wytwarzają te same sygnatury izotopowe, co ich współczesne wersje, co oznacza, że interakcja enzymu z otoczeniem pozostaje niezmieniona od miliardów lat. Ta sekwencja ma kluczowe znaczenie, ponieważ sygnatury izotopowe w skałach są często wykorzystywane do wnioskowania o istnieniu starożytnego życia.
Implikacje dla astrobiologii
Profesor Kachar podkreśla, że zrozumienie przeszłości Ziemi jest niezbędne w poszukiwaniu życia poza naszą planetą. „Poszukiwanie życia zaczyna się tutaj, w domu, a nasz dom istnieje od 4 miliardów lat” – powiedziała. Rekonstruując starożytne enzymy, naukowcy lepiej rozumieją biochemiczne odciski palców, jakie pozostawia po sobie życie, zwiększając prawdopodobieństwo zidentyfikowania śladów życia w innych światach.
„Musimy zrozumieć życie przed nami, jeśli chcemy zrozumieć życie przed nami i życie gdzie indziej.”
Badania te stanowią potężne narzędzie dla astrobiologów, oferując niezawodny marker umożliwiający identyfikację życia w środowiskach radykalnie odmiennych od naszego. Wyniki badania opublikowano w Nature Communications.
Ostatecznie praca ta ukazuje wartość biologii syntetycznej w odkrywaniu tajemnic głębokiej przeszłości. Fizycznie odtwarzając starożytne cząsteczki, naukowcy mogą testować założenia, uzupełniać luki w wiedzy i udoskonalać metody wykrywania życia – zarówno na Ziemi, jak i poza nią.
