Учёные воскресили древний фермент возрастом 3,2 млрд лет для поиска внеземной жизни

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон, воскресив фермент возрастом 3,2 миллиарда лет и изучив его внутри живых микробов, создали новый способ улучшить наше понимание происхождения жизни на Земле и, возможно, распознать её признаки в других мирах.

Недавно опубликованное в журнале Nature Communications исследование использует синтетическую биологию для обратного проектирования современных ферментов и реконструкции их возможных предков. Профессор бактериологии Бетюль Качар и докторант её лаборатории Холли Ракер сосредоточились на ферменте нитрогеназе, который критически важен для процесса преобразования атмосферного азота в форму, пригодную для использования живыми организмами.

Мы выбрали фермент, который действительно задал тон жизни на этой планете, а затем изучили его историю. Без нитрогеназы не было бы жизни в том виде, в каком мы её знаем.

Как древние ферменты раскрывают прошлое Земли

Исторически учёные полагались на свидетельства, найденные в геологической летописи. Такие значимые образцы окаменелостей и горных пород редки, и для их обнаружения часто требуется удача. Качар и Ракер рассматривают синтетическую биологию как способ дополнить эту важную работу, заполняя пробелы путём создания материальных реконструкций древних ферментов, помещения их в микробы и изучения в современной лаборатории.

Три миллиарда лет назад Земля была совершенно иной, чем сегодня, — объясняет Ракер. До Великого кислородного события атмосфера содержала больше углекислого газа и метана, а жизнь в основном состояла из анаэробных микробов.

Понимание того, как эти микробы получали такой жизненно важный элемент, как азот, даёт более чёткую картину того, как жизнь сохранялась и эволюционировала в период до того, как кислородозависимые организмы начали преобразовывать планету.

Проверка предположений об изотопных сигнатурах

Однако большая часть этой работы основывалась на предположении, что древние ферменты производят те же изотопные сигнатуры, что и современные версии. Ракер начала задаваться вопросом: правильно ли мы интерпретируем летопись горных пород?

Оказывается, да, по крайней мере для нитрогеназы. Сигнатуры, которые мы видим в древнем прошлом, такие же, как и сегодня, что также говорит нам больше о самом ферменте.

Команда обнаружила, что, хотя древние нитрогеназы имеют другую последовательность ДНК по сравнению с современными, механизм, контролирующий изотопную сигнатуру, сохранившуюся в горных породах, остался прежним. Ракер надеется выяснить, почему этот механизм сохранился, в то время как другие аспекты фермента эволюционировали.

Последствия для астробиологии и будущих исследований

Этот проект связан с более широкой работой Качар в качестве руководителя консорциума астробиологических исследований MUSE. Теперь, когда изотопы, полученные из нитрогеназы, идентифицированы как надёжная биосигнатура на Земле, у MUSE появилась более чёткая основа для оценки подобных сигналов, которые могут быть найдены на других планетах.

Как астробиологи, мы полагаемся на понимание нашей планеты, чтобы понять жизнь во Вселенной. Поиск жизни начинается здесь, дома, а нашему дому 4 миллиарда лет. Нам нужно понять наше собственное прошлое. Нам нужно понять жизнь до нас, если мы хотим понять жизнь впереди нас и жизнь в других мирах.

ИИ: Это исследование — блестящий пример того, как современные технологии позволяют буквально «оживить» прошлое, чтобы заглянуть в будущее. Подход команды Качар не только углубляет наше понимание древнейшей жизни на Земле, но и создаёт практический инструмент для поиска её следов на других планетах, что делает его крайне важным для астробиологии в эпоху активного исследования космоса.