Jedynymi odniesieniami do „życia” są formy, które znamy na Ziemi. Astrobiolodzy podejrzewają, że poszukiwanie obcego życia, a nawet początków życia na Ziemi, może wymagać szerszego zakresu. Finansowany przez NASA zespół naukowców opracowuje narzędzia do przewidywania cech życia, których nie znamy. W nowym badaniu opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences zespół identyfikuje uniwersalne wzorce w chemii życia, które nie wydają się zależeć od konkretnych molekuł.
„Chcemy mieć nowe narzędzia do identyfikowania, a nawet przewidywania cech życia, których nie znamy” – mówi profesor Sara Imari Walker z Instytutu Santa Fe (Arizona State University), współautorka artykułu. „Aby to zrobić, dążymy do zidentyfikowania uniwersalnych praw, które powinny mieć zastosowanie do każdego systemu biochemicznego. Obejmuje to opracowanie ilościowej teorii pochodzenia życia oraz wykorzystanie teorii i statystyk do kierowania naszymi poszukiwaniami życia na innych planetach”.
Na Ziemi życie wyłania się z interakcji setek związków chemicznych i reakcji. Niektóre z tych związków i reakcji występują powszechnie w organizmach Ziemi. Korzystając z bazy danych Integrated Microbial Genomes and Microbiomes, zespół zbadał enzymy – funkcjonalne czynniki napędzające biochemię – występujące w bakteriach, archeonach i eukarioch, aby odkryć nowy rodzaj uniwersalności biochemicznej.
Enzymy można podzielić na taksonomię szerokich klas funkcjonalnych – grup oznaczonych przez to, co robią, od wykorzystania cząsteczek wody do zerwania wiązań chemicznych (hydrolazy) przez przeorganizowanie struktur molekularnych (izomerazy) po łączenie ze sobą dużych cząsteczek (ligazy). Zespół porównał, w jaki sposób obfitość enzymów w każdej z tych kategorii funkcjonalnych zmieniła się w stosunku do ogólnej obfitości enzymów w organizmie. Odkryli różne prawa skalowania – niemal algorytmiczne relacje – między liczbą enzymów w różnych klasach enzymów a rozmiarem genomu organizmu. Odkryli również, że prawa te nie zależą od poszczególnych enzymów w tych klasach.
„Tutaj stwierdzamy, że uzyskujesz te skalujące się relacje bez konieczności zachowania dokładnego członkostwa. Potrzebujesz określonej liczby transferaz, ale nie konkretnych transferaz” – mówi profesor SFI Chris Kempes, współautor artykułu. „Istnieje wiele synonimów, a te synonimy skalują się w sposób systematyczny”.
Na Ziemi organizmy wykorzystują DNA i poprzez RNA tworzą białka. Ale czy makrocząsteczki DNA, RNA i białek pomogą nam zidentyfikować życie we wszechświecie, zrozumieć pochodzenie życia na Ziemi lub rozwinąć biologię syntetyczną? „Jako zespół uważamy, że to mało prawdopodobne”, mówi Kempes. Funkcje pełnione przez te makrocząsteczki i zależności skalowania metabolicznego obserwowane w organicznym życiu na Ziemi mogą po prostu pełnić. „Nawet gdyby życie gdzie indziej wykorzystywało naprawdę różne molekuły, tego rodzaju kategorie funkcjonalne i prawa skalowania mogą zostać zachowane w całym wszechświecie” – mówi Kempes.
