Cercetatorii au reconstruit variante stravechi ale unei enzime esentiale pentru viata, oferind o privire rara asupra modului în care organismele primitive au supravietuit pe o planeta foarte diferita de cea de astazi.
Descoperirea ar putea ajuta nu doar la întelegerea originilor vietii, ci si la cautarea unor forme de viata în alte colturi ale Universului.
„Masina biologica a timpului”
De miliarde de ani, azotul a fost unul dintre elementele fundamentale pentru existenta vietii. Proteinele, ADN-ul si numeroase alte molecule esentiale pentru organismele vii au nevoie de azot, însa cea mai mare parte a acestui element se afla în atmosfera sub o forma pe care plantele si animalele nu o pot utiliza direct.
Transformarea azotului atmosferic într-o forma accesibila vietii este posibila datorita unor enzime speciale, numite nitrogenaze, produse de anumite microorganisme. Aceste enzime au jucat un rol crucial în evolutia vietii pe Pamânt, iar acum cercetatorii încearca sa afle cum aratau si cum functionau variantele lor primitive, aparute cu miliarde de ani în urma.
O echipa de cercetatori de la Universitatea Statului Utah, împreuna cu specialisti de la Universitatea Wisconsin-Madison si proiectul finantat de NASA numit MUSE (Metal Utilization and Selection across Eons), a folosit tehnici moderne de biologie sintetica pentru a reconstrui posibile forme ancestrale ale nitrogenazelor. Procesul seamana cu o investigatie asupra trecutului biologic. Cercetatorii au analizat variantele actuale ale acestor enzime si au folosit informatiile genetice disponibile pentru a calcula cum ar fi putut arata stramosii lor îndepartati.
Apoi, aceste secvente reconstruite au fost create artificial în laborator si introduse în organisme de test, pentru a observa daca enzimele rezultate puteau functiona si ce caracteristici aveau.
„În trecut, oamenii de stiinta se bazau în principal pe roci si fosile pentru a studia viata timpurie”, au explicat cercetatorii. Noua metoda ofera însa o perspectiva diferita: permite examinarea directa a unor molecule care ar fi putut exista pe Pamânt cu miliarde de ani în urma.
Rezultatele nu reprezinta o „înviere” a unei enzime originale de 3,2 miliarde de ani, ci o reconstructie stiintifica a unor forme stravechi, bazata pe dovezile genetice lasate de evolutie.
Ce dezvaluie enzimele stravechi?
În urma cu aproximativ trei-patru miliarde de ani, planeta noastra era foarte diferita. Atmosfera nu continea oxigen în cantitatile actuale, oceanele aveau o compozitie chimica diferita, iar primele forme de viata abia începeau sa se dezvolte.
Pentru ca organismele primitive sa supravietuiasca, ele aveau nevoie de mecanisme eficiente pentru obtinerea elementelor esentiale, inclusiv a azotu-lui. Studierea nitrogenazelor ancestrale poate oferi indicii despre conditiile de mediu în care au aparut primele forme de viata si despre modul în care microorganismele s-au adaptat la schimbarile dramatice ale planetei.
Cercetatorii spera ca aceste enzime reconstruite vor putea dezvalui inclusiv informatii despre compozitia atmosferei si a oceanelor din trecut. Semnaturile chimice produse de enzimele stravechi ar putea ajuta oamenii de stiinta sa interpreteze mai corect urmele gasite în roci foarte vechi. „Daca vrem sa întelegem viata din alte lumi, trebuie mai întâi sa întelegem propria noastra istorie biologica”, sustin cercetatorii implicati în proiect.
De la originile vietii
Descoperirea nu are doar o valoare teoretica. Întelegerea modului în care functioneaza nitrogenazele ar putea avea aplicatii practice importante. Agricultura moderna depinde în mare masura de îngrasaminte industriale pentru a furniza azot plantelor.
Aceste produse necesita însa cantitati mari de energie pentru fabricare si contribuie la problemele de mediu. Daca oamenii de stiinta vor reusi sa înteleaga mai bine mecanismele naturale ale fixarii azotului, ar putea dezvolta metode mai eficiente si mai sustenabile pentru productia alimentara.
Cercetarea are implicatii si pentru viitoarele misiuni spatiale. Daca oamenii vor construi baze permanente pe Luna sau pe Marte, una dintre marile provocari va fi producerea hranei în medii izolate.
Microorganisme sau tehnologii inspirate de procesele naturale de fixare a azotului ar putea deveni esentiale pentru agricultura extraterestra. În plus, studiul poate contribui la cautarea vietii în afara Pamântului.
Daca cercetatorii înteleg cum au aparut si au evoluat mecanismele fundamentale ale vie-tii aici, pot identifica mai usor ce semne ar trebui cautate pe alte planete.
Reconstruirea unor enzime din trecutul îndepartat al Pamântului deschide astfel o fereastra catre primele capitole ale istoriei vietii. Nu este doar o calatorie în urma cu miliarde de ani, ci si un pas spre întelegerea posibilitatii existentei vietii în Univers.
GABRIEL TUDOR
Comentarii