NatCom: Ученые приблизились к разгадке происхождения жизни

Фото из открытых источников

Исследователями из Университета Висконсин–Мэдисон при помощи методик синтетической биологии воссоздан древнейший фермент, что существовал более 3,2 миллиарда лет назад, и исследовали его функционал внутри живых микроорганизмов.

Результаты работы позволят лучше понять, как шло зарождение жизни на Земле, а также дадут новые направления поиска вероятных признаков жизни за ее пределами. Работу опубликовали в журнале Nature Communications (NatCom). 

Центральной темой исследования оказался фермент нитрогеназа. Это основной биологический инструмент, который позволяет трансформировать атмосферный азот в формат, доступный для живых организмов. Данный алгоритм является основой существования практически всей биосферы. Авторы работы подчёркивают: без нитрогеназы жизнь в известном нам виде не могла бы зародиться.

Традиционные подходы, основаны на анализе редких геологических находок, а здесь специалисты использовали обратную эволюционную реконструкцию. То есть. Им удалось восстановить предполагаемую конструкцию древней версии нитрогеназы на базе нынешних ферментов, они встроили ее в геном бактерий и отследили, как она функционирует в условиях лаборатории.

Этот подход позволил заглянуть в эпоху, когда Земля еще не имела кислорода в традиционных ныне концентрациях, а жизнь существовала в основном в форме анаэробных микроорганизмов. Тогда атмосфера была насыщена углекислым газом и метаном, а доступ к азоту был крайне важным условием выживания.

Отдельное внимание было уделено так называемым изотопным сигнатурам, то есть, химическим следам, оставленным ферментами в горных породах. До сих пор ученые исходили из гипотезы, что древние ферменты синтезировали такие же изотопные соотношения, как и современные. Но до сих пор не было найдено прямых доказательств этой версии.

Эксперименты показали: хоть и есть существенные различия в ДНК древней и современной нитрогеназы, но механизм, который отвечает за создание изотопных сигнатур азота, за миллиарды лет фактически не изменился.

Полученные итоги значимы не только для понимания истории Земли, но и для астробиологии. Учеными получен более надежный эталон биосигнатур, с помощью которого в будущем учёные станут искать следы жизни на других планетах.