Os cientistas há muito confiam em vestígios químicos presos em rochas antigas para juntar as peças da história do início da vida. Os fósseis das profundezas da história da Terra são raros, muitas vezes fragmentários e difíceis de interpretar. Em contraste, os isótopos podem sobreviver durante milhares de milhões de anos. Entre os mais informativos estão aqueles relacionados ao nitrogênio, elemento essencial para todo organismo vivo. Em vez de examinar apenas as rochas, os investigadores reconstruíram versões da enzima que existia há milhares de milhões de anos e testaram como esta se comportava em células vivas. Os resultados mostram que um dos processos bioquímicos mais importantes da vida mudou notavelmente pouco desde o passado distante, fornecendo novas pistas sobre como funcionavam os primeiros ecossistemas na jovem Terra.
quão antigo enzima nitrogenase Pistas encontradas sobre a Terra primitiva
De acordo com o estudo publicado na Nature, intitulado “As nitrogenases regeneradas recapitulam bioassinaturas canônicas de isótopos N ao longo de dois bilhões de anos“, O foco do estudo foi a nitrogenase, enzima responsável pela conversão do nitrogênio atmosférico em amônia, forma que os organismos podem usar para construir proteínas e outras moléculas essenciais. Sem esse processo, conhecido como fixação de nitrogênio, a vida teria dificuldade para acessar um de seus nutrientes mais vitais.Para investigar a história profunda da enzima, os cientistas reconstruíram versões ancestrais da nitrogenase usando modelos evolutivos. Esses genes sintéticos foram projetados para representar formas da enzima que existiam há centenas de milhões a dois bilhões de anos. Os genes reconstruídos foram então inseridos em micróbios vivos, permitindo que as proteínas antigas funcionassem dentro das células modernas.Foram testadas quatro variantes ancestrais representando diferentes pontos da história evolutiva. Embora as enzimas antigas não fossem idênticas às encontradas hoje e geralmente funcionassem com eficiências mais baixas, elas ainda eram capazes de fixar nitrogênio. Isto por si só já forneceu provas de que a maquinaria básica por detrás deste metabolismo foi estabelecida muito cedo na história da Terra.
Por que os isótopos de nitrogênio são importantes para o rastreamento? início da vida na terra
Os pesquisadores estavam particularmente interessados em isótopos de nitrogênio. Quando os organismos fixam nitrogênio, eles deixam uma assinatura isotópica sutil que pode mais tarde ser preservada nos sedimentos. Os geólogos têm usado essas assinaturas há décadas para inferir a atividade biológica em ambientes antigos.Segundo o estudo, a evidência mais antiga de fixação biológica de nitrogênio vem de rochas com cerca de 3,2 bilhões de anos. Essas amostras antigas têm padrões isotópicos que se assemelham aos padrões produzidos por organismos modernos usando nitrogenase dependente de molibdênio. No entanto, embora uma questão importante permanecesse por resolver: se as enzimas do passado distante poderiam ter produzido os mesmos sinais químicos vistos hoje, os testes com a nitrogenase regenerada ofereceram uma forma directa de explorar essa possibilidade. Ao medir a composição isotópica da biomassa produzida por micróbios que transportam as enzimas ancestrais, a equipa pode comparar impressões digitais bioquímicas antigas e modernas sob condições controladas.
Estudo mostra que a fixação de nitrogênio permaneceu notavelmente estável ao longo de bilhões de anos
As descobertas revelaram um nível incrível de consistência. Apesar de mais de dois mil milhões de anos de história evolutiva, todas as quatro nitrogenases ancestrais produziram assinaturas de isótopos de azoto que se enquadravam numa estreita faixa produzida pelos modernos organismos fixadores de azoto.Existiam algumas diferenças entre diferentes variantes ancestrais, mas não havia nenhuma tendência clara indicando que as enzimas mais antigas se comportavam de forma fundamentalmente diferente das enzimas mais jovens. Mesmo enzimas reconstruídas de ramos evolutivos muito antigos produziram padrões isotópicos semelhantes aos encontrados nos micróbios atuais.Esta estabilidade sugere que a química básica da fixação de azoto foi estabelecida precocemente e permaneceu praticamente intacta durante grandes mudanças planetárias. Durante o período coberto pelas enzimas reconstruídas, a Terra sofreu mudanças na composição atmosférica, na complexidade ecológica e nas condições ambientais. No entanto, parece que a impressão isotópica associada à nitrogenase persiste.
A busca por vida fora da Terra é impulsionada por enzimas antigas
Os resultados reforçam a ideia de que a fixação de azoto à base de molibdénio surgiu muito cedo na história da Terra e pode ser ainda anterior à evidência mais antiga actualmente reconhecida no registo rochoso. Se a enzima já produzia assinaturas isotópicas semelhantes há milhares de milhões de anos, vestígios de azoto antigo preservados nas rochas tornam-se indicadores mais fiáveis da actividade biológica.De acordo com o estudo, uma vez que uma estratégia metabólica bem-sucedida é incorporada nos sistemas vivos, as suas características bioquímicas fundamentais podem permanecer surpreendentemente resistentes à mudança. Neste caso, um processo que ajuda a sustentar a vida em todo o planeta hoje pode funcionar da mesma forma que funcionava quando a Terra ainda era dominada por ecossistemas microbianos.Além de compreender o nosso próprio planeta, estas descobertas também poderão ajudar na procura de vida noutros lugares. Os cientistas frequentemente procuram bioassinaturas químicas que possam revelar atividade biológica em outros mundos. Demonstrar que algumas impressões digitais isotópicas podem permanecer estáveis durante longos períodos de tempo proporciona maior confiança de que pistas semelhantes, se descobertas fora da Terra, poderão produzir informações significativas sobre os processos vivos. Por enquanto, a enzima revivida oferece um raro vislumbre de um capítulo da história biológica que antecede animais, plantas e até células complexas, revelando legados moleculares que persistem há milhares de milhões de anos.
