Naukowcy badają organizację życia w skali planetarnej

Powyższa grafika przedstawia biosferę, ekosystemy oraz biochemię poszczególnych organizmów jako cząsteczki biorące udział we wspólnych reakcjach. obraz ten przedstawia różne prawa skalowania jako powszechnie występujące na różnych poziomach organizacji biologicznej. Źródło: Hyunju Kim

Kiedy myślimy o życiu na Ziemi, możemy myśleć o poszczególnych jego przykładach, począwszy od zwierząt, a kończąc na bakteriach. Jednak gdy to astrobiolodzy badają życie, muszą rozważać nie tylko poszczególne organizmy, ale także ekosystemy oraz biosferę jako całość.

W astrobiologii rośnie zainteresowanie tym czy życie jakie znamy stanowi efekt konkretnej, ewolucyjnej historii Ziemi czy, wręcz przeciwnie, życie może rządzić się bardziej ogólnymi zasadami organizacyjnymi.

Jeżeli istnieją ogólne zasady, które mogą tłumaczyć właściwości wspólne dla wszystkich organizmów żywych na Ziemi, to mogą one dotyczyć całego życia, także tego, które może istnieć na innych planetach. Jeżeli istnieje “uniwersalna biologia”, miałoby to istotny wpływ na poszukiwanie życia pozaziemskiego, na próby stworzenia sztucznego życia w laboratoriach oraz na próby zrozumienia początków życia. Jednocześnie naukowcy mogliby przewidywać przynajmniej niektóre właściwości potencjalnego życia pozaziemskiego.

Wcześniejsze badania na tym polu skupiały się przede wszystkim na określonych poziomach organizacji w ramach biologii, takich jak pojedyncze organizmy czy społeczności ekologiczne. Te poziomy tworzą hierarchię, w której pojedyncze organizmy składają się z oddziałujących ze sobą cząstek, a ekosystemy składają się z oddziałujących ze sobą pojedynczych organizmów.

Interdyscyplinarny zespół badaczy z Arizona State University (ASU) poszedł nieco dalej zamiast skupiać się na poszczególnych poziomach tej hierarchii zaczął badać samą hierarchię, skupiając się na biosferze jako całości. Wyniki ich prac zostały niedawno opublikowane w periodyku Science Advances.

“Aby zrozumieć ogólne zasady rządzące biologią, musimy zrozumieć jak żyjące systemy organizują się między różnymi poziomami, a nie tylko na konkretnych poziomach” mówi główny autor opracowania Hyunju Kim z Beyond Center ASU.

W ramach swoich badań, zespół odkrył, że biochemia, zarówno na poziomie organizmów jak i ekosystemów, rządzi się ogólnymi zasadami organizacyjnymi. “Oznacza to, że istnieje logika organizacji biochemii w skali planetarnej” mówi współautor opracowania Harrison Smith z ASU School of Earth and Space Exploration. “Naukowcy mówili już o tego typu logice od jakiegoś czasu, ale jak dotąd nie udawało im się jej skwantyfikować. Kwantyfikacja tej logiki może pomóc nam nałożyć pewne ograniczenia na to jak powstaje życie na powierzchni planety”.

W ramach swoich badań zespół badaczy stworzył sieci biochemiczne wykorzystujące globalne bazy danych 28 146 opisanych genomów i metagenomów oraz 8658 skatalogowanych reakcji biochemicznych. W ten sposób badacze odkryli prawa skalowania odpowiadające za różnorodność biochemiczną i strukturę sieci, która jest wspólna dla różnych poziomów organizacji, od pojedynczych osobników, przez ekosystemy, po biosferę jako całość.

“Kwantyfikacja ogólnych zasad życia – nieograniczonych do jednej domeny na drzewie życia lub konkretnego ekosystemu – jest wyzwaniem” mówi Smith. “Udało nam się zrobić to dzięki połączeniu narzędzi z nauk o sieciach i teorii skalowania, z ogromnymi bazami danych o genomach, tworzonymi przez naukowców od wielu lat”.

“Zrozumienie organizacyjnych zasad biochemii w skali globalnej pozwoli nam zrozumieć jak zachowuje się życie w skali planetarnej” mówi Walker. “Możliwość dokładniejszego identyfikowania uniwersalnych właściwości życia na Ziemi stworzy astrobiologom nowe narzędzie do poszukiwania życia zarówno w laboratoriach, jak i na innych planetach”.

Źródło: ASU

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aau0149