외계 생명체에 대한 탐색은 지금까지 지구 생명체를 기준으로 사용하는 것으로 제한되어 있으며 본질적으로 지구 밖에서 우리가 알고 있는 생명체를 찾는 것입니다. 다른 행성에서 생명체를 찾는 우주생물학자들에게는 우리가 모르는 생명체의 특징을 예측할 수 있는 도구가 없습니다.
새로운 연구에서 과학자 팀은 특정 분자와 무관한 것으로 보이는 생명 화학의 보편적인 패턴을 식별하여 이러한 제한을 제거했습니다. 이러한 결과는 지구와는 다른 생화학으로 외계 생명체의 특성을 예측할 수 있는 새로운 기회를 제공한다.
애리조나 대학의 사라 워커(Sarah Walker)는 "우리는 생명체를 알지 못하기 때문에 생명체의 특징을 감지하고 심지어 예측할 수 있는 새로운 도구를 원한다"고 말했다. 이를 위해 우리는 모든 생화학 시스템에 적용되어야 하는 보편적 법칙을 정의하려고 합니다. 여기에는 생명의 기원에 대한 정량적 이론을 개발하고 이론과 통계를 사용하여 다른 행성에서 생명체를 찾는 것이 포함됩니다.
지구에서 생명체는 수백 가지의 화합물과 반응의 상호 작용의 결과로 발생합니다. 이러한 화합물과 반응 중 일부는 모든 유기체에서 발생하여 지구상의 모든 생명체에 대한 보편적인 생화학을 만듭니다.
그러나 이러한 보편성 개념은 알려진 생화학에만 해당되며 아직 관찰되지 않은 예에 대한 예측을 허용하지 않습니다.
우리는 단지 우리 몸의 일부인 분자가 아닙니다. 살아있는 존재로서 우리는 우리를 구성하는 많은 분자의 상호 작용에 대한 새로운 속성(시스템 이론에서 시스템의 요소에 고유하지 않은 속성의 출현)이 있다고 Sarah Walker는 말합니다. 우리의 작업은 이러한 철학적 이해를 검증 가능한 과학적 가설로 바꾸는 방법을 개발하는 것을 목표로 합니다.
연구의 주저자인 Dylan Gagler는 생명 현상을 더 잘 이해하고자 하는 열망 때문에 보편 생물학에 관심을 갖게 되었다고 말했습니다. 이 개념을 정의하는 것은 놀라울 정도로 어렵습니다.”라고 그는 말합니다. 내가 말할 수 있는 한, 생명은 궁극적으로 생화학적 과정이므로 생명이 그 수준에서 무엇을 하는지 탐구하고 싶었습니다.
결국 과학자들은 생화학의 기능적 동인인 효소가 이 개념에 대한 좋은 접근 방식이라고 결정했습니다. Integrated Microbial Genomes and Microbiomes 데이터베이스를 사용하여 그들은 박테리아, 고세균 및 진핵생물의 효소 구성을 조사할 수 있었고 따라서 지구의 생화학의 많은 부분을 얻을 수 있었습니다.
이러한 접근을 통해 연구팀은 전체 생명수에 공통적으로 존재하는 효소의 생화학적 기능에서 통계적 패턴을 규명함으로써 새로운 종류의 생화학적 보편성을 발견할 수 있었다.
지구상의 모든 생명체는 보편적인 생화학의 상세한 모델을 제공하는 구성 화합물 및 반응의 공통 세트를 사용하여 통합됩니다. 그러나 이러한 보편성 개념은 알려진 생화학에만 해당되며 아직 관찰되지 않은 예에 대한 정량적 예측을 허용하지 않습니다. 여기서 우리는 물리학에 내재된 보편성과 더 유사한 생화학적 보편성에 대한 보다 일반화된 개념을 소개합니다. 11,955개의 메타게놈, 1,282개의 고세균, 11,759개의 박테리아 및 200개의 진핵생물 분류군으로 구성된 주석이 달린 게놈 데이터 세트를 사용하여 효소 기능이 데이터 세트의 상대적 풍부도에서 전반적인 스케일링과 함께 보편성 클래스를 형성하는 방법을 보여줍니다. 우리는 이러한 스케일링 법칙이 알려진 모든 생명체에 공통적인 화합물, 반응 및 효소 기능의 존재로 설명되지 않는다는 것을 확인합니다. 우리는 그들의 예측을 마지막 보편적 공통 조상(LUCA)에 대한 합의 모델과 비교함으로써 이러한 스케일링 법칙을 고대 생명체의 속성을 결정하는 도구로 사용할 수 있는 방법을 보여줍니다. 또한 네트워크 분석이 관찰된 확장 동작의 기초가 되는 기능적 원리를 어떻게 조명하는지 설명합니다. 종합하면, 우리의 발견은 지구 생명체의 구성 요소에 대한 화학의 세부 사항과 무관한 새로운 종류의 생화학적 보편성의 존재를 뒷받침하며, 이는 지구에서 누락된 생화학적 다양성 또는 예를 들어, 생명체의 기원, 외계 환경 또는 합성 생명체의 발달과 같이 우리가 알고 있는 생명체의 정확한 화학적 성질과는 다릅니다.
그렇게 함으로써, 그들은 통계적 패턴이 알려진 모든 생명체가 사용하는 효소 기능의 공통 세트로 설명할 수 없는 기능 원리에서 발생한다는 것을 확인하고 공통 기능 유형과 관련된 척도 관계를 확인했습니다.
우리는 생화학의 대규모 통계 패턴에서 새로운 종류의 생화학적 보편성을 확인했으며 지구상의 모든 생명체에 공통적인 특정 분자 및 반응으로 설명되는 전통적인 보편성보다 알려지지 않은 생명체에 더 적용할 수 있음을 발견했습니다. 연구원들은 말합니다. 이 발견을 통해 우리는 삶의 새로운 예를 찾는 데 도움이 될 일반적인 삶의 규칙에 대한 새로운 이론을 개발할 수 있습니다.
우리는 이러한 결과가 우주 어디에서나 사실일 것이라고 기대할 수 있으며, 이것은 우리에게 많은 흥미로운 일을 하도록 동기를 부여하는 흥미로운 기회입니다.
이번 연구는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.
2022-03-08 15:17:58
작가: Vitalii Babkin