犹他州立大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员利用合成生物学技术分析了现代固氮酶，并重建了可能类似于其古代祖先的版本。通过重建这些古老的酶，科学家可以研究它们在很久以前的行为。这些重建的固氮酶为研究人员提供了关于地球古代大气成分和环境条件的新见解。研究结果发表在《自然·通讯》上。

氮对地球上的生命至关重要，但大多数生物无法直接利用大气中的氮。称为固氮酶的酶能够实现固氮作用，将氮转化为植物、动物、人类和其他生命形式可以利用的形式。直到现在，科学一直依赖古老的岩石和化石来研究早期生命。数十亿年前，我们的星球与现在截然不同。现代微生物通过固氮酶获取大气中的氮源，而固氮酶只是酶家族中的一个。对酶化石的研究假设古代酶产生的同位素特征与现代酶相同。

对农业和太空探索的影响

理解固氮酶（无论是古代的还是现代的）对于帮助应对气候变化中的农业挑战至关重要，包括因干旱和无法获得商业肥料而面临饥荒风险的地区。该研究也可能支持未来在地球以外生产食物的努力。研究结果提高了科学家对依赖氧气的生物开始剧烈改变地球之前，生命如何生存和进化的理解。研究人员指出，对生命的探索从地球开始，我们的地球有40亿年的历史。因此，我们需要理解自己的过去。如果想理解我们未来的生命和别处的生命，就需要理解我们之前的生命。

参考文献

Rucker, H. R., Seefeldt, L. C., Kaçar, B. et al. (2026). Resurrected nitrogenases recapitulate canonical N-isotope biosignatures over two billion years. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-025-67423-y

该研究通过系统发育分析和祖先序列重建（ASR）技术，“复活”了推测约32亿年前的祖先固氮酶，并在实验室中表征了其功能。研究发现，这些古代酶的氮同位素分馏效应与现代酶相似，挑战了先前认为的固氮酶同位素特征随时间显著演化的观点，为利用同位素记录解读早期地球氮循环提供了重要校准依据。研究团队来自犹他州立大学、威斯康星大学麦迪逊分校等机构。