Учёные воссоздали древний фермент, который мог существовать более 3,2 миллиарда лет назад

Группа исследователей из Университета Висконсин–Мэдисон использовала синтетическую биологию для восстановления древнейшего фермента, который появился на Земле более 3,2 миллиарда лет назад. Применив инновационные методы, учёные смогли проанализировать его функционирование в живых микроорганизмах. Эти исследования помогут глубже понять процессы, связанные с зарождением жизни на нашей планете, а также откроют новые горизонты для поиска возможных признаков жизни за пределами Земли. Публикация об этой работе появилась в журнале Nature Communications.



В центре эксперимента оказался фермент, названный нитрогеназой, который играет ключевую роль в превращении атмосферного азота в форму, усваиваемую живыми организмами. Именно этот процесс является основополагающим для существования практически всей биосферы, и, по словам ведущего исследователя, профессора бактериологии Бетюль Качар, без нитрогеназы жизнь в таком виде, как мы её знаем, просто не могла бы появиться.

В отличие от традиционных подходов, часто основанных на изучении редких находок из геологических слоёв, команда учёных воспользовалась методом обратной эволюционной реконструкции. Они восстановили предполагаемую структуру древней нитрогеназы, основываясь на современных аналогах, и интегрировали её в геном бактерий, что дало возможность наблюдать за её работой в контролируемых условиях. Это исследование открыло окно в эпоху, когда на Земле ещё не существовало кислорода в привычных нам концентрациях, а основными жизненными формами были анаэробные микроорганизмы. В то время атмосфера была насыщена углекислым газом и метаном, а доступ к азоту критически важен для выживания.

Особое внимание было уделено изотопным сигнатурам — химическим «следам», которые ферменты оставляют в горных породах. Ранее предполагалось, что древние ферменты создавали такие же изотопные соотношения, как и их современные аналоги, однако прямых доказательств этому не было. Эксперименты показали, что, несмотря на значительные различия в ДНК древней и современной нитрогеназы, механизм, отвечающий за создание изотопных сигнатур азота, фактически остался неизменным за миллиарды лет. Это наблюдение подтверждает правильность интерпретации древних геологических образцов и делает изотопные сигнатуры надежным индикатором биологической активности в далёком прошлом.

Итоги этого исследования имеют важное значение как для понимания истории Земли, так и для астробиологии. Ученые смогли создать более точный «эталон» биосигнатур, который можно использовать в будущих поисках следов жизни на других планетах. Кроме того, не так давно была разгадана и загадка появления жизни после вымирания динозавров.

Читайте также: