Als we denken aan het leven op aarde, we kunnen denken aan individuele voorbeelden, variërend van dieren tot bacteriën. Als astrobiologen het leven bestuderen, echter, ze moeten niet alleen rekening houden met individuele organismen, maar ook ecosystemen, en de biosfeer als geheel.

In de astrobiologie, er is een toenemende belangstelling voor de vraag of het leven zoals we dat kennen een eigenaardigheid is van de specifieke evolutionaire geschiedenis van de aarde of, in plaats daarvan, als het leven zou kunnen worden beheerst door meer algemene organisatieprincipes.

Als er algemene principes bestaan ​​die eigenschappen kunnen verklaren die gemeenschappelijk zijn voor al het leven op aarde, wetenschappers veronderstellen, dan kunnen ze universeel zijn voor al het leven, zelfs leven op andere planeten. Als er een "universele biologie" bestaat, het zou belangrijke implicaties hebben voor de zoektocht naar leven buiten de aarde, voor de engineering van synthetisch leven in het laboratorium, en voor het oplossen van de oorsprong van het leven, waardoor wetenschappers op zijn minst enkele eigenschappen van buitenaards leven kunnen voorspellen.

Eerder onderzoek op dit gebied was voornamelijk gericht op specifieke organisatieniveaus binnen de biologie, zoals individuele organismen of ecologische gemeenschappen. Deze niveaus vormen een hiërarchie waarin individuen zijn samengesteld uit op elkaar inwerkende moleculen en ecosystemen bestaan ​​uit op elkaar inwerkende individuen.

Een interdisciplinair team van onderzoekers van de Arizona State University (ASU) is verder gegaan dan zich te concentreren op individuele niveaus in deze hiërarchie om de hiërarchie zelf te bestuderen, gericht op de biosfeer als geheel. De resultaten van hun onderzoek zijn onlangs gepubliceerd wetenschappelijke vooruitgang .

"Om de algemene principes van biologie te begrijpen, we moeten begrijpen hoe levende systemen zich op verschillende niveaus organiseren, niet alleen binnen een bepaald niveau, ", zegt hoofdauteur Hyunju Kim van ASU's Beyond Center en de School of Earth and Space Exploration.

Door deze studie, het team ontdekte dat biochemie, zowel op het niveau van organismen als ecosystemen, wordt beheerst door algemene organisatieprincipes. "Dit betekent dat er een logica zit in de organisatie van biochemie op planetaire schaal, ", zegt mede-hoofdauteur Harrison Smith van ASU's School of Earth and Space Exploration. "Wetenschappers praten al heel lang over dit soort logica, maar tot nu toe hebben ze geworsteld om het te kwantificeren. Door het te kwantificeren, kunnen we de manier waarop leven op een planeet ontstaat, beperken."

Voor dit onderzoek is het team bouwde biochemische netwerken met behulp van een wereldwijde database van 28, 146 geannoteerde genomen en metagenomen en 8, 658 gecatalogiseerde biochemische reacties. Door dit te doen, ze hebben schaalwetten ontdekt die de biochemische diversiteit en netwerkstructuur regelen die worden gedeeld door organisatieniveaus, van individuen tot ecosystemen, voor de biosfeer als geheel.

"Het kwantificeren van algemene levensprincipes - niet beperkt tot een domein op de boom des levens, of een bepaald ecosysteem - is een uitdaging, ", zegt Smith. "We waren in staat om dat te doen door tools uit netwerkwetenschap en schaaltheorie te combineren, terwijl tegelijkertijd gebruik wordt gemaakt van grote genomische datasets die onderzoekers hebben gecatalogiseerd."

Het onderzoeksteam, geleid door Kim en Smith onder toezicht van Sara Walker van de ASU School of Earth and Space Exploration en het Beyond Center, omvat ook Cole Mathis van het Beyond Centre en de ASU-afdeling Natuurkunde (nu aan de Universiteit van Glasgow), en Jason Raymond van de School of Earth and Space Exploration.

"Door de organiserende principes van biochemie op wereldschaal te begrijpen, kunnen we beter begrijpen hoe het leven werkt als een planetair proces", zegt Walker. "Het vermogen om universele eigenschappen van leven op aarde nauwkeuriger te identificeren, zal astrobiologen ook nieuwe kwantitatieve hulpmiddelen bieden om onze zoektocht naar buitenaards leven te begeleiden - zowel in het laboratorium op andere werelden"