Вчені відтворили фермент віком 3,2 мільярда років, що міг запустити процес зародження життя на Землі

Вчені відтворили у лабораторії давню версію ферменту nitro­ge­nase, яка могла існувати ще 3,2 мільярда років тому. Це відкриття, опубліковане в журналі Nature Com­mu­ni­ca­tions, відкриває новий шлях до вивчення походження життя на Землі. Йдеться про ключовий фермент, що дозволяє живим організмам засвоювати атмосферний азот — елемент, без якого неможливе існування життя.

Дослідження провела команда за участі науковців Utah State Uni­ver­si­ty та проєкту Met­al Uti­liza­tion and Selec­tion across Eons в Uni­ver­si­ty of Wis­con­sin-Madi­son, який фінансує NASA. Використовуючи методи синтетичної біології, вони реконструювали гени стародавніх nitro­ge­nase-ферментів на основі сучасних форм і перевірили, як ці системи могли працювати в далекому минулому.

Азот є життєво необхідним для всіх організмів, але більшість форм життя не може використовувати його безпосередньо з атмосфери. Саме nitro­ge­nase перетворює атмосферний азот у форму, доступну для рослин, тварин і мікроорганізмів. Дослідники наголошують, що протягом більш ніж 4 мільярдів років ці ферменти еволюціонували, і давні біохімічні процеси могли суттєво відрізнятися від сучасних.

До цього раннє життя вивчали переважно через породи, скам’янілості та ізотопні сигнатури, виходячи з припущення, що стародавні ферменти діяли так само, як сучасні. Тепер, відтворивши їх у лабораторії, вчені змогли перевірити це безпосередньо. У новій роботі вони вимірювали ізотопні сигнатури азоту в клітинній біомасі штучно створених мікроорганізмів із реконструйованими ферментами й дійшли висновку, що ці давні nitro­ge­nase вже тоді формували знайомі біосигнатури.

Автори підкреслюють, що результати важливі не лише для розуміння минулого Землі, а й для пошуку життя на інших планетах. Якщо вчені краще зрозуміють, як працювали найдавніші ферменти до появи киснево-залежних екосистем, це допоможе точніше інтерпретувати ознаки потенційного життя поза Землею. Окрім того, такі знання мають практичну цінність для сучасного сільського господарства, особливо в умовах зміни клімату та дефіциту добрив.