由威斯康星大学麦迪逊分校牵头的一个国际研究团队近日报告称，他们通过逆向工程重建出一种距今约32亿年的原始固氮酶，并对其性质进行了系统分析。研究显示，这种古老酶类在控制氮同位素特征方面与现代固氮酶表现出高度一致性，为理解地球早期生命如何在缺氧环境中繁衍提供了新证据，也为识别地外生命可能留下的化学标志提供了参考。

据介绍，固氮酶是一类能够将大气中的氮气转化为生物可利用形式的关键酶类，被认为是维系地球生命体系的基础分子之一。研究负责人、威斯康星大学麦迪逊分校 Betül Kaçar 教授表示，团队选择固氮酶作为对象，是因为这种酶在地球生命史中具有“奠基性”作用，“没有固氮酶，就不会有我们所知的生命”。

长期以来，科学界主要依赖化石和岩石等地质记录来重建地球早期生命活动。然而，这类样本稀少且获取具有偶然性。Kaçar 团队提出，通过合成和重构古代酶，并将其引入现代微生物体系中进行实验研究，可以在一定程度上弥补地质记录的局限，为早期生命过程提供更直接的分子层面证据。

参与研究的威斯康星大学麦迪逊分校博士生 Holly Rucker 指出，大约30亿年前的地球环境与今天截然不同。在大氧化事件发生之前，大气中二氧化碳和甲烷含量更高，生态系统主要由厌氧微生物构成。她表示，弄清这些早期微生物如何获取氮这一关键营养元素，有助于更清晰地描绘在依赖氧气的生命形式出现并重塑地球环境之前，生命如何维持和演化。

研究团队指出，虽然无法直接获得“化石化”的酶分子，但酶的代谢活动会在岩石中留下可测量的同位素特征。以往不少研究默认古代酶产生的氮同位素特征与现代酶相同，而此次通过“复活”古老固氮酶并进行实验测量，团队发现，对于固氮酶而言，这一假设与观测结果相符。

论文作者报告称，尽管古代固氮酶的 DNA 序列与现代固氮酶存在明显差异，但决定岩石记录中氮同位素特征的关键机制在数十亿年间保持稳定。这一结果被认为为解释超过20亿年尺度上的典型氮同位素生物标志提供了分子层面的支撑。

Kaçar 表示，作为从事天体生物学研究的科学家，团队在探索宇宙中生命可能性时高度依赖对地球生命史的认识。“寻找生命始于我们自己的星球，而地球已有约40亿年的历史。如果要理解未来的生命形态以及其他星球上的生命，就必须先理解我们自身的过去，以及在我们之前存在过的生命。”

相关研究成果已在线发表于《自然通讯》（Nature Communications）期刊。论文题为《复活的固氮酶重现了超过20亿年的典型氮同位素生物标志》（Resurrected nitrogenase recapitulates more than 2 billion years of canonical nitrogen isotope biosignatures），作者为 H.R. Rucker 等，刊号为 Nature Communications 17, 616，DOI：10.1038/s41467-025-67423-y。