Forskere studerer organisering af liv på planetarisk skala

Når vi tænker på livet på jorden, vi tænker måske på individuelle eksempler lige fra dyr til bakterier. Når astrobiologer studerer livet, imidlertid, de skal ikke kun tage hensyn til individuelle organismer, men også økosystemer, og biosfæren som helhed.

I astrobiologi, der er en stigende interesse for, om livet, som vi kender det, er et særpræg ved Jordens særlige evolutionære historie eller, i stedet, hvis livet måtte være styret af mere generelle organiserende principper.

Hvis der eksisterer generelle principper, der kan forklare egenskaber, der er fælles for alt liv på Jorden, videnskabsmænd antager, så kan de være universelle for alt liv, selv liv på andre planeter. Hvis der eksisterer en "universel biologi", det ville have vigtige konsekvenser for søgen efter liv hinsides Jorden, til konstruktion af syntetisk liv i laboratoriet, og for at løse livets oprindelse, gør det muligt for videnskabsmænd at forudsige i det mindste nogle egenskaber ved fremmed liv.

Tidligere forskning på dette område har primært fokuseret på specifikke organiseringsniveauer inden for biologi, såsom individuelle organismer eller økologiske samfund. Disse niveauer danner et hierarki, hvor individer er sammensat af interagerende molekyler og økosystemer er sammensat af interagerende individer.

Et tværfagligt team af forskere ved Arizona State University (ASU) er gået videre end at fokusere på individuelle niveauer i dette hierarki for at studere selve hierarkiet, med fokus på biosfæren som helhed. Resultaterne af deres undersøgelse er for nylig blevet offentliggjort Videnskabens fremskridt .

"For at forstå de generelle principper for biologi, vi skal forstå, hvordan levende systemer organiserer sig på tværs af niveauer, ikke kun inden for et givet niveau, " siger hovedforfatter Hyunju Kim fra ASU's Beyond Center og School of Earth and Space Exploration.

Gennem denne undersøgelse, holdet fandt ud af, at biokemi, både på niveau med organismer og økosystemer, er styret af generelle organiseringsprincipper. "Dette betyder, at der er en logik i organiseringen af ​​biokemi på planetarisk skala, " siger co-lead forfatter Harrison Smith fra ASU's School of Earth and Space Exploration. "Forskere har talt om denne type logik i lang tid, men indtil nu har de kæmpet for at kvantificere det. At kvantificere det kan hjælpe os med at begrænse den måde, som liv opstår på en planet."

Til denne forskning, holdet konstruerede biokemiske netværk ved hjælp af en global database med 28, 146 kommenterede genomer og metagenomer og 8, 658 katalogiserede biokemiske reaktioner. Ved at gøre sådan, de afslørede skaleringslove, der styrer biokemisk mangfoldighed og netværksstruktur, der deles på tværs af organisationsniveauer fra individer til økosystemer, til biosfæren som helhed.

"Kvantificering af generelle livsprincipper - ikke begrænset til et domæne på livets træ, eller et bestemt økosystem - er en udfordring, " siger Smith. "Vi var i stand til at gøre det ved at kombinere værktøjer fra netværksvidenskab og skaleringsteori, og samtidig udnytte store genomiske datasæt, som forskere har katalogiseret."

Forskerholdet, ledet af Kim og Smith under opsyn af Sara Walker fra ASU School of Earth and Space Exploration and the Beyond Center, omfatter også Cole Mathis fra Beyond Center og ASU Department of Physics (nu ved University of Glasgow), og Jason Raymond fra School of Earth and Space Exploration.

"Forståelse af de organiserende principper for biokemi på globalt plan gør os bedre i stand til at forstå, hvordan livet fungerer som en planetarisk proces," siger Walker. "Evnen til mere stringent at identificere universelle egenskaber ved livet på Jorden vil også give astrobiologer nye kvantitative værktøjer til at guide vores søgen efter fremmed liv - både i laboratoriet på andre verdener."