O analiză genomică, publicată în Science Advances, arată că ultimul strămoș comun universal al vieții de pe Pământ (LUCA) avea deja genele necesare pentru a importa amoniu din mediu, dar genele complete pentru fixarea biologică a azotului din atmosferă au apărut cu cel puțin un miliard de ani mai târziu. Concluzia: biosfera incipientă a planetei nu a „inventat” fixarea azotului de la început, ci a trăit sute de milioane de ani din resurse de azot oferite gratuit de chimia Pământului tânăr.

Azotul este indispensabil pentru viață – intră în structura proteinelor și a acizilor nucleici –, dar gazul azot (N₂) din atmosferă este extrem de inert din punct de vedere chimic și nu poate fi folosit direct de celule. Astăzi, majoritatea azotului bioutilizabil vine din fixarea biologică, procesul prin care anumite bacterii și arhee transformă N₂ atmosferic în amoniu, cu ajutorul unei enzime complexe numite nitrogenază. Întrebarea pe care și-au pus-o autorii – o echipă coordonată de Joanne S. Boden și Eva E. Stüeken – a fost cum își procurau azot primele forme de viață de pe Pământ, înainte ca această maşinărie biochimică sofisticată să existe.

Ce a „citit” echipa în genomul strămoșului universal

Folosind metode de reconstrucție filogenetică, cercetătorii au estimat ce gene avea, cel mai probabil, LUCA – organismul ipotetic din care descind toate formele de viață actuale, estimat să fi existat în urmă cu 4,38–4,39 miliarde de ani, foarte apropiat de cele mai vechi dovezi ale existenței apei lichide pe suprafața Pământului. Rezultatul: există o probabilitate de 53–62% ca LUCA să fi avut deja gena pentru o proteină de import al amoniului direct din mediu, din familia de transportori Amt/Mep/Rh. În schimb, primele organisme cu toate cele trei gene catalitice necesare pentru fixarea propriu-zisă a azotului din N₂ au apărut cu cel puțin un miliard de ani mai târziu. Același decalaj a fost observat și pentru alte căi enzimatice – cele prin care celulele extrag azot din uree sau din nitrili –, care par să precedă, la rândul lor, fixarea biologică a N₂.

Patru surse de azot „gratuit” pe Pământul Hadeean

Dacă primele celule nu fixau încă azotul, de unde veneau amoniul și ceilalți compuși azotați de care aveau nevoie? Autorii propun mai multe surse abiotice, active pe Pământul timpuriu: reducerea hidrotermală a azotului din apa de mare, prin reacții catalizate de minerale din scoarța oceanică; oxizii de azot generați de fulgere, impacturi de meteoriți și erupții vulcanice, convertiți apoi în amoniu prin reacții cu fierul feros din apa mărilor sau de pe suprafața mineralelor; precum și fenomene fotochimice și eroziunea rocilor. Practic, chimia brutală a unei planete vulcanice, bombardate de meteoriți și brăzdată de fulgere, producea suficient azot „utilizabil” cât să hrănească o biosferă întreagă, fără ca viața să fie nevoită să-l fabrice singură.

De ce a apărut, mai târziu, fixarea biologică a azotului

Genele pentru importul amoniului rămân, și astăzi, mult mai răspândite în arborele vieții decât genele nitrogenazei, iar analiza arată că acest lucru a fost valabil în toate erele geologice studiate. Autorii sugerează că fixarea biologică a azotului ar fi apărut abia atunci când cererea de nutrienți a biosferei a crescut suficient – sau când sursele abiotice de amoniu, uree și nitrili au început să se epuizeze – făcând, pentru prima dată, avantajoasă din punct de vedere evolutiv investiția într-o enzimă complexă și costisitoare metabolic precum nitrogenaza. Rezultatul este coerent și cu alte reconstrucții recente ale genomului LUCA, care nu au găsit dovezi solide pentru prezența nitrogenazei la acest strămoș comun.

Cu alte cuvinte: mult timp înainte ca viața să învețe trucul, cu adevărat dificil din punct de vedere chimic, de a „sparge” molecula de azot din aer, Pământul însuși îi oferea, gratuit, ingredientul de care avea nevoie.

Surse:
Boden, J.S., Ni, Z. et al., Abiotic sources of fixed nitrogen sustained early ecosystems for several hundred million years after the origin of life, Science Advances 12, 25 (2026). https://doi.org/10.1126/sciadv.aec4450