Команда вчених з Університету Вісконсін-Медісон успішно реконструювала фермент віком 3,2 мільярда років, встановивши прямий біохімічний зв’язок із життям до того, як кисень став домінувати в атмосфері Землі. Цей прорив не тільки проливає світло на умови, в яких процвітало раннє життя, але й створює надійний хімічний маркер для виявлення потенційного життя на інших планетах.
Основний фермент: нітрогеназа
Дослідження під керівництвом професора Бетула Качара було зосереджено на нітрогеназі, ферменті, необхідному для перетворення атмосферного азоту у форму, придатну для використання організмами. Без нітрогенази життя, яким ми його знаємо, не існувало б. Функція цього ферменту настільки фундаментальна, що його реконструкція відкриває унікальне вікно в найдавніші біологічні процеси на Землі.
З’єднання минулого з майбутнім за допомогою синтетичної біології
Традиційно розуміння стародавнього життя спиралося на рідкісні геологічні записи — скам’янілості та зразки гірських порід, які часто важко отримати. Команда Качара використовувала синтетичну біологію, щоб подолати це обмеження. Відтворюючи стародавні ферменти та впроваджуючи їх у сучасні мікроби, вони можуть вивчати ці реліквії минулого в контрольованому лабораторному середовищі. Цей підхід ефективно заповнює прогалини в летописі скам’янілостей, пропонуючи відчутні реконструкції життя, яке існувало мільярди років тому.
Життя до появи кисню: чіткіша картина
Три мільярди років тому атмосфера Землі була кардинально іншою — багата вуглекислим газом і метаном і в ній переважали анаеробні мікроби. Розуміння того, як ці організми отримували доступ до основних поживних речовин, таких як азот, є життєво важливим для розуміння того, як життя існувало до Великого окислення, яке фундаментально змінило планету.
Дослідження команди підтверджує, що стародавні ферменти нітрогенази виробляють ті самі ізотопні ознаки, що й сучасні версії, тобто взаємодія ферменту з навколишнім середовищем залишалася незмінною протягом мільярдів років. Ця послідовність є критичною, оскільки ізотопні сигнатури в гірських породах часто використовуються для висновку про існування стародавнього життя.
Наслідки для астробіології
Професор Качар підкреслює, що розуміння минулого Землі має важливе значення для пошуку життя за межами нашої планети. «Пошук життя починається тут, удома, а наш дім існує вже 4 мільярди років», — сказала вона. Реконструюючи стародавні ферменти, вчені отримують глибше розуміння біохімічних відбитків, які залишає життя, підвищуючи ймовірність виявлення слідів життя в інших світах.
«Нам потрібно зрозуміти життя перед нами, якщо ми хочемо зрозуміти життя перед нами та життя деінде».
Це дослідження є потужним інструментом для астробіологів, пропонуючи надійний маркер для ідентифікації життя в середовищах, які радикально відрізняються від наших. Результати дослідження опубліковані в Nature Communications.
Зрештою, ця робота демонструє цінність синтетичної біології в розкритті таємниць глибокого минулого. Фізично відтворюючи стародавні молекули, вчені можуть перевірити припущення, заповнити прогалини в знаннях і вдосконалити методи виявлення життя — як на Землі, так і за її межами.
