Пошук інопланетного життя досі був обмежений використанням життя на Землі як еталона, по суті, пошуком «життя, яким ми його знаємо» за межами Землі. Для астробіологів, які шукають життя на інших планетах, просто немає інструментів для передбачення особливостей «життя такого, яким ми його не знаємо».
У новому дослідженні група вчених усунула це обмеження, виявивши універсальні закономірності в хімії життя, які, мабуть, не залежать від конкретних молекул. Ці результати дають нову можливість для передбачення особливостей інопланетного життя з біохімією, відмінною від земного.
«Ми хочемо мати нові інструменти для виявлення і навіть передбачення особливостей життя, оскільки ми його не знаємо», - говорить Сара Вокер з Університету Арізони. "Для цього ми прагнемо визначити універсальні закони, які повинні застосовуватися до будь-якої біохімічної системи. Це включає в себе розробку кількісної теорії походження життя і використання теорії і статистики для пошуку життя на інших планетах ".
На Землі життя виникає в результаті взаємодії сотень хімічних сполук і реакцій. Деякі з цих з "єднань і реакцій зустрічаються в усіх організмах, створюючи універсальну біохімію для всього життя на Землі.
Однак це поняття універсальності специфічне для відомої біохімії і не дозволяє робити передбачення щодо ще не спостережуваних прикладів.
"Ми не просто молекули, що є частиною наших тіл; ми, як живі істоти, являємо собою емерджентну властивість (в теорії систем - поява у системи властивостей, не властивих її елементам окремо) взаємодій безлічі молекул, з яких ми складаємося ", - говорить Сара Вокер. «Наша робота спрямована на розробку способів перетворення цього філософського розуміння на наукові гіпотези, що перевіряються».
Провідний автор дослідження Ділан Гаглер, сказав, що зацікавився універсальною біологією через бажання краще зрозуміти феномен життя. "Дивно складно визначити цю концепцію, - говорить він. «Наскільки я можу судити, життя - це, в кінцевому рахунку, біохімічний процес, тому я хотів дослідити, що життя робить на цьому рівні».
Зрештою вчені вирішили, що ферменти як функціональні рушійні сили біохімії є хорошим підходом до цієї концепції. Використовуючи базу даних Integrated Microbial Genomes and Microbiomes, вони змогли дослідити ферментативний склад бактерій, архей і еукаріот і, таким чином, отримати більшу частину біохімії Землі.
Завдяки цьому підходу команда змогла відкрити новий вид біохімічної універсальності, виявивши статистичні закономірності в біохімічній функції ферментів, загальних для всього древа життя.
Все життя на Землі об'єднане використанням загального набору складових хімічних сполук і реакцій, що забезпечує детальну модель універсальної біохімії. Однак це поняття універсальності специфічне для відомої біохімії і не дозволяє кількісно передбачати приклади, які ще не спостерігалися. Тут ми вводимо більш узагальнену концепцію біохімічної універсальності, яка більше схожа на універсальність, притаманну фізиці. Використовуючи анотовані набори геномних даних, що включають ансамбль з 11 955 метагеномів, 1282 архей, 11 759 бактерій і 200 таксонів еукаріот, ми показуємо, як функції ферментів формують класи універсальності з загальним масштабуванням у їх відносній поширеності в наборах даних. Ми перевіряємо, що ці закони масштабування не пояснюються наявністю з'єднань, реакцій і функцій ферментів, загальних для всіх відомих прикладів життя. Ми демонструємо, як ці закони масштабування можуть бути використані як інструмент для визначення властивостей стародавнього життя, порівнюючи їх передбачення з консенсусною моделлю для останнього універсального загального предка (LUCA). Ми також ілюструємо, як мережевий аналіз проливає світло на функціональні принципи, що лежать в основі спостережуваної поведінки масштабування. У сукупності наші результати підтверджують існування нового виду біохімічної універсальності, незалежної від деталей хімії компонентів життя на Землі, що має значення для керівництва нашими пошуками відсутнього біохімічного розмаїття на Землі або біохімії, яка може відрізнятися від точного хімічного складу життя, який ми її знаємо, наприклад, біля витоків життя, в чужорідному середовищі або в розробці синтетичного життя.
При цьому вони підтвердили, що статистичні патерни виникли з функціональних принципів, які не можуть бути пояснені загальним набором функцій ферментів, що використовуються всіма відомими формами життя, і визначили відносини масштабування, пов'язані із загальними типами функцій.
"Ми визначили новий вид біохімічної універсальності з великомасштабних статистичних закономірностей біохімії і виявили, що вони більш застосовні до невідомих форм життя порівняно з традиційною універсальністю, описуваною специфічними молекулами і реакціями, спільними для всього життя на Землі. - кажуть дослідники. «Це відкриття дозволяє нам розробити нову теорію загальних правил життя, яка допоможе в пошуках нових прикладів життя».
«Ми можемо очікувати, що ці результати будуть вірні де завгодно у Всесвіті, і це захоплююча можливість, яка мотивує нас на багато цікавої роботи».
Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).