新的天体生物学研究可预测未知外星生命

发布日期：2022-04-14

抽象有机外星人分形

寻找外星生命仅限于使用地球上的生命作为参考，本质上是在寻找地球以外的“我们所知道的生命”。对于在其他行星上寻找生命的天体生物学家来说，根本没有工具可以预测“我们不知道的生命”的特征。

在《美国国家科学院院刊》 (PNAS) 上发表的一项新研究中，一组科学家通过识别似乎不依赖于特定分子的生命化学中的普遍模式来解决这一限制。这些发现为预测具有与地球生命不同生化特征的外星生命特征提供了新的机会。

“我们希望有新的工具来识别甚至预测我们不知道的生命特征，”亚利桑那州立大学的合著者 Sara Imari Walker 说。“为此，我们的目标是确定适用于任何生化系统的普遍规律。这包括发展生命起源的定量理论，并使用理论和统计数据来指导我们在其他行星上寻找生命。”

与地球相似的行星

研究人员发现了不同酶类中酶的数量与生物体基因组大小之间的各种比例定律。图片来源：NASA/Ames/JPL-Caltech

在地球上，生命源于数百种化合物和反应的相互作用。其中一些化合物和反应存在于所有生物体中，为地球上的所有生命创造了一种普遍共享的生物化学。然而，这种普遍性的概念是特定于已知的生物化学的，并且不允许对尚未观察到的例子进行预测。

“我们不仅仅是我们身体一部分的分子；我们，作为生物，是我们构成的许多分子相互作用的一种新兴特性，“沃克说，他是亚利桑那州立大学地球与空间探索学院和复杂自适应系统学院的副教授，也是该学院的副主任。 ASU的超越中心。“我们的工作旨在开发将这种哲学洞察力转化为可检验的科学假设的方法。”

主要作者迪伦·加格勒 (Dylan Gagler) 于 2020 年从亚利桑那州立大学毕业并获得硕士学位，现在是曼哈顿纽约大学朗格尼医学中心的生物信息学分析师，他说他对通用生物学产生了兴趣，因为他希望更好地了解生命现象。“这是一个难以确定的概念，”他说。“据我所知，生命最终是一个生化过程，所以我想探索生命在那个层面上所做的事情。”

Gagler 和 Walker 最终决定，酶作为生物化学的功能驱动因素，是实现这一概念的好方法。使用集成微生物基因组和微生物组数据库，他们与合作者一起研究了细菌、古细菌和真核生物的酶组成，从而捕获了地球的大部分生物化学。

通过这种方法，该团队能够通过识别生命之树共享的酶的生化功能的统计模式来发现一种新的生化普遍性。在这样做的过程中，他们验证了统计模式源于无法用所有已知生命使用的通用酶函数集来解释的功能原理，并确定了与一般功能类型相关的比例关系。

“我们从生物化学的大规模统计模式中确定了这种新型生化普遍性，并发现与地球上所有生命共有的特定分子和反应所描述的传统生命形式相比，它们更适用于未知生命形式， ” 合著者 Hyunju Kim 解释说，他是亚利桑那州立大学地球与空间探索学院和亚利桑那州立大学超越中心的助理研究教授。“这一发现使我们能够发展出一种关于生命一般规则的新理论，它可以指导我们寻找新的生命例子。”

“我们可能期望这些结果适用于宇宙中的任何地方，这是一种令人兴奋的可能性，可以激发许多有趣的工作，”圣达菲研究所的合著者克里斯·肯佩斯说。

这项研究的其他作者是 ASU 地球与太空探索学院的 Bradley Karas、John Malloy 和 Veronica Mierzejewski；和欧柏林学院和蓝色大理石太空科学研究所的 Aaron Goldman。

这是 ASU 领导的团队参与首届天体生物学研究跨学科联盟 (ICAR) 计划的第一项重大研究，该计划由NASA的天体生物学计划资助。入选 ICAR 资助的团队研究的广度和深度涵盖了天体生物学研究的范围，从宇宙起源和行星系统形成到生命的起源和演化以及寻找地球以外的生命。

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