【NASA资助研究团队"复活"32亿年前古酶，验证地外生命探测关键生物标志物】千百年来，固氮作用支撑着地球生物圈的运转。固氮作用，又称生物固氮，是将大气中生物不可利用的氮气（N₂）转化为氨（NH₃）等生命必需化合物的过程。具备这一能力的微生物称为固氮微生物，包括多种细菌、古菌及部分真核生物。这些微生物通过固氮酶将氮气转化为蛋白质与核酸的关键组分，使氮元素得以进入食物链，支撑整个地球生物圈的运转。由于固氮作用对生命至关重要，科学界推测固氮酶应在地球早期生命史——即仅有单细胞微生物存在的时期——就已出现。然而，微生物化石记录往往模糊不清，难以准确归属。幸运的是，当微生物通过固氮作用处理氮气时，其体内氮同位素组成会发生微妙改变：主要利用较轻的氮-14同位素（含7个中子，占大气氮的99.6337%），而非较重的氮-15（含8个中子，仅占0.3663%）。微生物死亡后，这种被改变的氮同位素特征会沉积在岩石中，即便经历数十亿年的地质变迁，科学家仍能在地质记录中识别出这一生物标志物。尽管氮同位素生物标志物已被广泛应用于地球早期生命研究，但其可靠性长期存疑。环境变化会驱动酶分子演化，远古固氮酶可能比现代版本更简单、更小，这可能导致古代氮同位素特征与现代存在差异。为验证这一生物标志物的稳健性，美国威斯康星大学麦迪逊分校凯查尔实验室领衔的研究团队采用合成生物学技术，通过逆向工程剥离现代固氮酶的演化层，"复活"了可能存在于远古时期的酶版本。研究构建了跨越20亿年演化历史的不同阶段固氮酶合成基因库，并将其植入活细胞进行功能验证。实验结果显示，尽管远古固氮酶的DNA序列与三维结构随时间推移发生显著变化，但其催化化学机制及产生的氮同位素分馏特征在32亿年间保持一致。这证明地球最古老岩石中的氮同位素信号确实反映了早期固氮微生物的代谢活动。该研究证实，氮同位素生物标志物在酶序列水平和行星环境层面均具有极强的演化稳健性。项目负责人贝图尔·凯查尔指出："验证后的生物标志物为行星探索与重建失落的生命历史提供了有力工具。若在火星或其他岩石天体上发现类似信号，可能指向在迥异环境条件下支持生命的远古代谢活动。"这项研究不仅深化了对地球早期生物圈的认识，更确认了一种可用于地外生命探测的可靠生物标志物。正如凯查尔所言："若要识别地球以外的生命，我们不能局限于现今已知的生命形式。"
