Исследователи из Университета Висконсин–Мэдисон сделали важный шаг в понимании ранней биосферы Земли: им удалось воссоздать фермент, существовавший более трёх миллиардов лет назад. Речь идёт о предке нитрогеназы — белка, который разрывает прочную тройную связь в молекуле атмосферного азота, превращая его в форму, доступную живым организмам. Такой фермент стал ключевым элементом ранней жизни.
Учёные применили методы синтетической биологии и постепенно восстановили древний вариант белка, сравнивая различия в геномах современных организмов и «продвигаясь» назад к общему предку. Полученную версию нитрогеназы встроили в клетки современных микробов, создав уникальную систему для изучения условий, в которых возникала первая жизнь.
Анализ показал, что соотношение изотопов азота-15 и азота-14, оставляемое нитрогеназой, остаётся неизменным на протяжении трёх миллиардов лет. Геологи называют такое соотношение «автографом жизни», поскольку оно помогает отличить биологические процессы от абиогенных. Теперь подтверждено, что эти изотопные подписи надёжно отражают деятельность древних организмов.
По словам Бетюль Качар, одной из руководителей проекта, нитрогеназа определила развитие ранней биосферы и позволила будущим формам жизни получать жизненно важный азот. Учёные отмечают, что механизмы работы древнего фермента оказались удивительно стабильными, несмотря на то что ранняя Земля была практически лишена кислорода и насыщена метаном.
Вторая часть исследования была посвящена проверке изотопных следов, которые нитрогеназа оставляет в породах. Опыты с реконструированным ферментом подтвердили, что современные измерения азотных изотопов верны и для глубокого прошлого. Это делает азотные подписи надёжным биомаркером для поиска внеземной жизни.
Открытие особенно важно для исследований Марса. Марсоходы уже находили на Красной планете азотсодержащие соединения, но оставался вопрос, могли ли древние марсианские процессы давать такие же подписи, как современные земные. Теперь учёные уверены: если на другой планете будет обнаружено характерное соотношение изотопов азота, это может указывать на биологическое происхождение, а не на случайные химические реакции.
Работа исследователей опубликована в Nature Communications и открывает новые возможности для изучения эволюции жизни и поиска её следов в космосе.
Рекомендуем также: