Группа ученых из Университета Висконсин-Мэдисон успешно реконструировала 3,2-миллиардолетний фермент, установив прямую биохимическую связь с жизнью до того, как кислород стал доминировать в атмосфере Земли. Этот прорыв не только проливает свет на условия, в которых процветала ранняя жизнь, но и создает надежный химический маркер для обнаружения потенциальной жизни на других планетах.
Первобытный Фермент: Нитрогеназа
Исследование, возглавляемое профессором Бетуль Качар, было сосредоточено на нитрогеназе — ферменте, необходимом для преобразования атмосферного азота в форму, пригодную для использования организмами. Без нитрогеназы жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, не существовала бы. Функция этого фермента настолько фундаментальна, что его реконструкция открывает уникальное окно в самые ранние биологические процессы на Земле.
Соединение Прошлого с Будущим с Помощью Синтетической Биологии
Традиционно понимание древней жизни опиралось на скудные геологические записи — ископаемые и образцы горных пород, которые часто трудно получить. Команда Качар использовала синтетическую биологию, чтобы преодолеть это ограничение. Воссоздавая древние ферменты и вводя их в современные микробы, они могут изучать эти реликвии прошлого в контролируемой лабораторной среде. Этот подход эффективно заполняет пробелы в летописи окаменелостей, предлагая ощутимые реконструкции жизни, существовавшей миллиарды лет назад.
Жизнь До Кислорода: Более Четкая Картина
Три миллиарда лет назад атмосфера Земли была радикально иной — богатой углекислым газом и метаном и доминируемой анаэробными микробами. Понимание того, как эти организмы получали доступ к важнейшим питательным веществам, таким как азот, имеет жизненно важное значение для понимания того, как жизнь сохранялась до Великого Окисления, которое фундаментально изменило планету.
Исследование команды подтверждает, что древние ферменты нитрогеназы производят те же изотопные сигнатуры, что и современные версии, что означает, что взаимодействие этого фермента с окружающей средой оставалось неизменным на протяжении миллиардов лет. Эта последовательность имеет решающее значение, поскольку изотопные сигнатуры в породах часто используются для вывода о существовании древней жизни.
Последствия для Астробиологии
Профессор Качар подчеркивает, что понимание прошлого Земли необходимо для поиска жизни за пределами нашей планеты. «Поиск жизни начинается здесь, дома, а наш дом существует уже 4 миллиарда лет», — заявила она. Реконструируя древние ферменты, ученые получают более глубокое понимание биохимических отпечатков, которые оставляет жизнь, что повышает вероятность идентификации следов жизни на других мирах.
«Нам нужно понимать жизнь до нас, если мы хотим понять жизнь впереди нас и жизнь в другом месте».
Это исследование предоставляет мощный инструмент для астробиологов, предлагая надежный маркер для идентификации жизни в средах, радикально отличающихся от наших собственных. Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications.
В конечном счете, эта работа демонстрирует ценность синтетической биологии в раскрытии тайн глубокого прошлого. Физически воссоздавая древние молекулы, ученые могут проверять предположения, восполнять пробелы в знаниях и совершенствовать методы обнаружения жизни — как на Земле, так и за ее пределами.
