Die Suche nach außerirdischem Leben beschränkte sich bisher darauf, das Leben auf der Erde als Referenz zu verwenden, und suchte im Wesentlichen nach Leben, wie wir es außerhalb der Erde kennen. Für Astrobiologen, die nach Leben auf anderen Planeten suchen, gibt es einfach keine Werkzeuge, um die Merkmale des Lebens vorherzusagen, da wir es nicht kennen.
In einer neuen Studie beseitigte ein Team von Wissenschaftlern diese Einschränkung, indem es universelle Muster in der Chemie des Lebens identifizierte, die von bestimmten Molekülen unabhängig zu sein scheinen. Diese Ergebnisse bieten eine neue Möglichkeit, die Eigenschaften außerirdischen Lebens mit einer anderen Biochemie als der Erde vorherzusagen.
Wir wollen neue Werkzeuge haben, um die Merkmale des Lebens zu erkennen und sogar vorherzusagen, weil wir es nicht wissen, sagt Sarah Walker von der University of Arizona. Dazu versuchen wir, universelle Gesetze zu definieren, die für jedes biochemische System gelten müssen. Dazu gehört die Entwicklung einer quantitativen Theorie des Ursprungs des Lebens und die Verwendung von Theorie und Statistik zur Suche nach Leben auf anderen Planeten.
Auf der Erde entsteht Leben durch das Zusammenwirken hunderter chemischer Verbindungen und Reaktionen. Einige dieser Verbindungen und Reaktionen treten in allen Organismen auf und schaffen eine universelle Biochemie für alles Leben auf der Erde.
Dieser Begriff der Universalität ist jedoch spezifisch für die bekannte Biochemie und erlaubt keine Vorhersagen über noch unbeobachtete Beispiele.
Wir sind nicht nur Moleküle, die Teil unseres Körpers sind; Wir als Lebewesen sind eine emergente Eigenschaft (in der Systemtheorie das Auftreten von Eigenschaften in einem System, die seinen Elementen nicht einzeln innewohnen) der Wechselwirkungen der vielen Moleküle, aus denen wir bestehen, sagt Sarah Walker. Unsere Arbeit zielt darauf ab, Wege zu entwickeln, dieses philosophische Verständnis in überprüfbare wissenschaftliche Hypothesen umzuwandeln.
Der Hauptautor der Studie, Dylan Gagler, sagte, er habe sich für die universelle Biologie interessiert, weil er das Phänomen des Lebens besser verstehen wollte. Es ist überraschend schwierig, dieses Konzept zu definieren“, sagt er. Soweit ich das beurteilen kann, ist das Leben letztendlich ein biochemischer Prozess, also wollte ich erforschen, was das Leben auf dieser Ebene tut.
Am Ende entschieden die Wissenschaftler, dass Enzyme als funktionelle Treiber der Biochemie ein guter Ansatz für dieses Konzept sind. Mithilfe der Datenbank Integrated Microbial Genomes and Microbiomes konnten sie die enzymatische Zusammensetzung von Bakterien, Archaeen und Eukaryoten untersuchen und so einen Großteil der Biochemie der Erde erhalten.
Durch diesen Ansatz war das Team in der Lage, eine neue Art von biochemischer Universalität zu entdecken, indem es statistische Muster in der biochemischen Funktion von Enzymen identifizierte, die dem gesamten Baum des Lebens gemeinsam sind.
Alles Leben auf der Erde wird durch einen gemeinsamen Satz chemischer Verbindungen und Reaktionen vereinheitlicht, der ein detailliertes Modell der universellen Biochemie liefert. Dieser Begriff der Universalität ist jedoch spezifisch für die bekannte Biochemie und erlaubt keine quantitative Vorhersage von Beispielen, die noch nicht beobachtet wurden. Hier führen wir ein allgemeineres Konzept der biochemischen Universalität ein, das eher der der Physik innewohnenden Universalität ähnelt. Anhand kommentierter genomischer Datensätze, die ein Ensemble von 11.955 Metagenomen, 1.282 Archaeen, 11.759 Bakterien und 200 eukaryotischen Taxa umfassen, zeigen wir, wie Enzymfunktionen universelle Klassen bilden, wobei die relative Häufigkeit in den Datensätzen insgesamt skaliert wird. Wir verifizieren, dass diese Skalierungsgesetze nicht durch das Vorhandensein von Verbindungen, Reaktionen und Enzymfunktionen erklärt werden, die allen bekannten Instanzen des Lebens gemeinsam sind. Wir zeigen, wie diese Skalierungsgesetze als Werkzeug verwendet werden können, um die Eigenschaften des alten Lebens zu bestimmen, indem wir ihre Vorhersagen mit dem Konsensmodell für den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren (LUCA) vergleichen. Wir veranschaulichen auch, wie die Netzwerkanalyse die Funktionsprinzipien beleuchtet, die dem beobachteten Skalierungsverhalten zugrunde liegen. Zusammengenommen unterstützen unsere Ergebnisse die Existenz einer neuen Art von biochemischer Universalität, unabhängig von den Details der Chemie der Bestandteile des Lebens auf der Erde, was Auswirkungen auf unsere Suche nach fehlender biochemischer Vielfalt auf der Erde hat, oder eine Biochemie, die es sein könnte unterscheiden sich von der genauen Chemie des Lebens, wie wir sie kennen, beispielsweise bei der Entstehung des Lebens, in einer fremden Umgebung oder bei der Entwicklung synthetischen Lebens.
Dabei bestätigten sie, dass sich statistische Muster aus Funktionsprinzipien ergeben, die nicht durch den gemeinsamen Satz von Enzymfunktionen erklärt werden konnten, die von allen bekannten Lebensformen verwendet werden, und identifizierten Skalierungsbeziehungen, die mit gemeinsamen Funktionstypen verbunden sind.
Wir haben eine neue Art biochemischer Universalität aus den groß angelegten statistischen Mustern der Biochemie identifiziert und festgestellt, dass sie auf unbekannte Lebensformen besser anwendbar sind als die traditionelle Universalität, die durch spezifische Moleküle und Reaktionen beschrieben wird, die allen Lebewesen auf der Erde gemeinsam sind. sagen die Forscher. Diese Entdeckung ermöglicht es uns, eine neue Theorie der allgemeinen Lebensregeln zu entwickeln, die bei der Suche nach neuen Beispielen des Lebens helfen wird.
Wir können davon ausgehen, dass diese Ergebnisse überall im Universum zutreffen, und dies ist eine aufregende Gelegenheit, die uns zu vielen interessanten Arbeiten motiviert.
Die Studie wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
2022-03-08 15:17:58
Autor: Vitalii Babkin