尋找外星生命僅限于使用地球上的生命作為參考，本質(zhì)上是在尋找地球以外的“我們所知道的生命”。對于在其他行星上尋找生命的天體生物學家來說，根本沒有工具可以預(yù)測“我們不知道的生命”的特征。

在《美國國家科學院院刊》?(PNAS) 上發(fā)表的一項新研究中，一組科學家通過識別似乎不依賴于特定分子的生命化學中的普遍模式來解決這一限制。這些發(fā)現(xiàn)為預(yù)測具有與地球生命不同生化特征的外星生命特征提供了新的機會。

“我們希望有新的工具來識別甚至預(yù)測我們不知道的生命特征，”亞利桑那州立大學的合著者 Sara Imari Walker 說?！盀榇?，我們的目標是確定適用于任何生化系統(tǒng)的普遍規(guī)律。這包括發(fā)展生命起源的定量理論，并使用理論和統(tǒng)計數(shù)據(jù)來指導我們在其他行星上尋找生命?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)了不同酶類中酶的數(shù)量與生物體基因組大小之間的各種比例定律。圖片來源：NASA/Ames/JPL-Caltech

在地球上，生命源于數(shù)百種化合物和反應(yīng)的相互作用。其中一些化合物和反應(yīng)存在于所有生物體中，為地球上的所有生命創(chuàng)造了一種普遍共享的生物化學。然而，這種普遍性的概念是特定于已知的生物化學的，并且不允許對尚未觀察到的例子進行預(yù)測。

“我們不僅僅是我們身體一部分的分子；我們，作為生物，是我們構(gòu)成的許多分子相互作用的一種新興特性，”沃克說，他是亞利桑那州立大學地球與空間探索學院和復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)學院的副教授，也是該學院的副主任。 ASU的超越中心?！拔覀兊墓ぷ髦荚陂_發(fā)將這種哲學洞察力轉(zhuǎn)化為可檢驗的科學假設(shè)的方法。”

主要作者迪倫·加格勒 (Dylan Gagler) 于 2020 年從亞利桑那州立大學畢業(yè)并獲得碩士學位，現(xiàn)在是曼哈頓紐約大學朗格尼醫(yī)學中心的生物信息學分析師，他說他對通用生物學產(chǎn)生了興趣，因為他希望更好地了解生命現(xiàn)象?！斑@是一個難以確定的概念，”他說。“據(jù)我所知，生命最終是一個生化過程，所以我想探索生命在那個層面上所做的事情?！?/p>

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Gagler 和 Walker 最終決定，酶作為生物化學的功能驅(qū)動因素，是實現(xiàn)這一概念的好方法。使用集成微生物基因組和微生物組數(shù)據(jù)庫，他們與合作者一起研究了細菌、古細菌和真核生物的酶組成，從而捕獲了地球的大部分生物化學。

通過這種方法，該團隊能夠通過識別生命之樹共享的酶的生化功能的統(tǒng)計模式來發(fā)現(xiàn)一種新的生化普遍性。在這樣做的過程中，他們驗證了統(tǒng)計模式源于無法用所有已知生命使用的通用酶函數(shù)集來解釋的功能原理，并確定了與一般功能類型相關(guān)的比例關(guān)系。?

“我們從生物化學的大規(guī)模統(tǒng)計模式中確定了這種新型生化普遍性，并發(fā)現(xiàn)與地球上所有生命共有的特定分子和反應(yīng)所描述的傳統(tǒng)生命形式相比，它們更適用于未知生命形式， ” 合著者、亞利桑那州立大學地球與空間探索學院和亞利桑那州立大學超越中心的助理研究教授 Hyunju Kim 解釋道?！斑@一發(fā)現(xiàn)使我們能夠發(fā)展出一種關(guān)于生命一般規(guī)則的新理論，它可以指導我們尋找新的生命例子?！?/p>

“我們可能期望這些結(jié)果適用于宇宙中的任何地方，這是一種令人興奮的可能性，可以激發(fā)許多有趣的工作，”圣達菲研究所的合著者克里斯·肯佩斯說。

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這項研究的其他作者是 ASU 地球與太空探索學院的 Bradley Karas、John Malloy 和 Veronica Mierzejewski；和歐柏林學院和藍色大理石太空科學研究所的 Aaron Goldman。

這是 ASU 領(lǐng)導的團隊參與首屆天體生物學研究跨學科聯(lián)盟 (ICAR) 計劃的第一項重大研究，該計劃由NASA的天體生物學計劃資助。入選 ICAR 資助的團隊研究的廣度和深度涵蓋了天體生物學研究的范圍，從宇宙起源和行星系統(tǒng)形成到生命的起源和演化以及尋找地球以外的生命。

參考文獻：

“酶功能中的比例定律揭示了一種新的生化普遍性”，作者：Dylan C. Gagler、Bradley Karas、Christopher P. Kempes、John Malloy、Veronica Mierzejewski、Aaron D. Goldman、Hyunju Kim 和 Sara I. Walker，25 2022 年 2 月，美國國家科學院院刊。
DOI：10.1073/pnas.2106655119

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