Znanstvenici rekonstruirali enzim star 3 milijarde godina – ključ za podrijetlo života

Rekonstrukcija drevne nitrogenaze otkriva kako su prvi mikrobi opskrbljivali život ključnim hranjivim tvarima.

Kako bi rasvijetlili najranije poglavlje povijesti života na Zemlji, znanstvenici su pribjegli kreativnoj metodi: umjesto traženja nemoguće očuvanih fosila, rekonstruirali su drevni enzim u laboratoriju. Ovaj ‘vremenski stroj’ na molekularnoj razini pružio im je uvid u kemijske procese prije 3 milijarde godina.

Proučavanje evolucije života obično se oslanja na fosilne tragove. Međutim, što dalje idemo u prošlost, to je teže pronaći čvrste dokaze. Nakon granice od 600 milijuna godina, fosili postaju iznimno rijetki jer su se rani organizmi sastojali od mekih tkiva koja se teško očuvaju. Ipak, postoje neki rijetki i dragocjeni tragovi, poput stromatolita starih 3,5 milijardi godina, koje su ostavile zajednice mikroba.

Znamo da se život na Zemlji pojavio vrlo rano, vjerojatno prije oko 4 milijarde godina, i da je bio bakterijske prirode. No, pitanje kako je nastao i razvijao se u tim prvim milijardama godina ostaje velika misterija. Nedostatak podataka o ovoj ključnoj fazi ostavlja prostor za brojne, teško provjerljive hipoteze.

Kako bi zaobišli ovaj problem, tim istraživača koristio je pristup temeljen na sintetičkoj biologiji. Cilj nije bio pronaći fosilne kemijske tragove, već rekonstruirati drevne enzime iz današnjih oblika i zatim ih proučavati u kontroliranim uvjetima. Na taj su način uspjeli rekonstruirati pretka enzima zvanog nitrogenaza. Ovaj enzim, koji se danas nalazi u određenim bakterijama, ima ključnu ulogu u pretvorbi dušika iz zraka u amonijak, oblik koji živi organizmi mogu koristiti.

„Prije 3 milijarde godina Zemlja je bila vrlo drugačija“, objašnjava Holly Rucker, koautorica studije objavljene u časopisu Nature Communications. „Davno prije Velike oksigenacije, atmosfera je sadržavala više ugljičnog dioksida i metana, a život su činili uglavnom anaerobni mikrobi.“ Kako su ti mikrobi izvlačili hranjive tvari poput dušika iz tog okoliša? Znanstvenici su pretpostavili da je nitrogenaza mogla imati glavnu ulogu, ali to je trebalo provjeriti.

Rekonstruiranu drevnu nitrogenazu uveli su u moderne bakterije i analizirali njezin izotopski potpis – onakav kakav bi mogao biti očuvan u sedimentima prije 3 milijarde godina. Rezultati pokazuju da se taj kemijski potpis podudara s onim što se može detektirati u stijenama iz tog razdoblja. Ovo istraživanje prije svega potvrdilo je da se taj izotopski potpis može smatrati pouzdanom biosignaturom.

Ovaj rezultat otvara brojne perspektive, ne samo za proučavanje podrijetla života na Zemlji, već i za potragu za tragovima života na drugim planetima, gdje bi slični kemijski biljezi mogli biti ključni dokaz.