Tudomány
Titkos kulcs a korai élethez: az ősi nitrogéngázak feltárják a múlt titkait
Az enzimek rekonstruálásával a kutatók nemcsak a Föld múltját, de az űrbeli élet lehetőségét is vizsgálják
A nitrogén elengedhetetlen az élethez, ám a legtöbb élőlény nem képes közvetlenül a légkörből felhasználni. A kutatók szerint ez az elem fontos nyomokat adhat arról, hogyan alakult ki az élet a bolygónkon, és hogyan jöhet létre máshol az univerzumban.
„Minden élőlénynek szüksége van nitrogénre a túléléshez, és bár körülöttünk mindenhol jelen van, közvetlenül nem tudunk hozzáférni” – mondja Lance Seefeldt. „A nitrogénáz nevű enzimek biztosítják a nitrogénmegkötést, ami átalakítja a nitrogént olyan formává, amelyet a növények, állatok, emberek és más élőlények is fel tudnak használni. És most kezdjük csak megérteni, hogy ezek az enzimek hogyan fejlődtek az elmúlt négymilliárd év során.”
Seefeldt a Derek Harris és más kutatókkal együtt dolgozott a NASA által finanszírozott MUSE-projekt (Metal Utilization and Selection across Eons) keretében a Wisconsin-Madison Egyetemen. A kutatás során szintetikus biológiai módszerekkel elemezték a modern nitrogénázokat, és rekonstruálták azokat a változatokat, amelyek az ősi elődökre hasonlíthatnak. Az eredményeket a Nature Communications közölte.
„A mi feladatunk az volt, hogy jellemezzük a szintetikusan rekonstruált ősi nitrogénáz gének könyvtárát” – mondja Harris. „Laboratóriumi körülmények között mértük a nitrogénizotóp-frakcionálódást az átalakított törzsek sejtbiomasszájában.”
Új módszer a korai Föld tanulmányozására
Seefeldt, az USU Kémia és Biokémia Tanszékének vezetője, több mint 30 éve vizsgálja a nitrogénáz enzimek felépítését és működését. Szerinte az ősi változatok újjáteremtése új, erőteljes megközelítést kínál az élet eredetének kutatására a Földön, és a világűrben várható élet lehetséges formáinak vizsgálatára is.
„Eddig a tudomány főként ősi kövekre és fosszíliákra támaszkodott a korai élet tanulmányozásában” – mondja. „A Föld milliárdokkal ezelőtt teljesen más volt. A modern mikroorganizmusok a légköri nitrogénhez nitrogénázokon keresztül férnek hozzá, amelyek csak egy enzimcsaládot képviselnek. A fosszilizált enzimek vizsgálata feltételezi, hogy az ősi enzimek ugyanazokat az izotópsignatúrákat hozták létre, mint a maiak.”
Az enzimek laboratóriumi újjáélesztésével a kutatók azt vizsgálhatják, hogyan viselkedtek ezek az enzimek a múltban. Seefeldt szerint a rekonstruált nitrogénázak új betekintést nyújtanak a Föld légkörének összetételébe és a távoli múlt környezeti feltételeibe.
Hatások a mezőgazdaságra és az űrkutatásra
„Az ősi és a modern nitrogénázok megértése kulcsfontosságú a mezőgazdasági kihívások kezelésében a változó éghajlat mellett, különösen a szárazság és a műtrágya-hiány miatt éhezéssel fenyegetett területeken” – mondja.
Seefeldt azt is kiemeli, hogy a kutatás a jövőben az élelmiszer-termelést is segítheti a Földön kívül. Korábban több NASA-projektben dolgozott együtt, amelyek a növénytermesztést vizsgálták az űrben és potenciálisan a Marson.
A MUSE-projekt vezetője, a Wisconsin-Madison Egyetem bakteriológia professzora, Betül Kaçar szerint az eredmények javítják a tudósok megértését arról, hogyan élt és fejlődött az élet, mielőtt az oxigénfüggő szervezetek drámaian megváltoztatták volna a bolygót.
„Az élet keresése itt kezdődik, otthon, és a mi otthonunk négymilliárd éves” – mondja. „Ezért meg kell értenünk a múltunkat. Meg kell értenünk az életet előttünk, ha meg akarjuk érteni az életet előttünk és máshol a világban.”
