當(dāng)我們想到地球上的生命時(shí)，我們可能會(huì)想到從動(dòng)物到細(xì)菌的例子。然而，天體生物學(xué)家在研究生命時(shí)，不僅要考慮單個(gè)生物，還要考慮整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和生物圈。
在天體生物學(xué)中，人們?cè)絹碓疥P(guān)注我們所知的生命是否是地球特定進(jìn)化史的一個(gè)怪癖，或者生命是否可能由更普遍的組織原則所支配。
科學(xué)家們假設(shè)，如果有通用的原理可以解釋地球上所有生命的共同屬性，那么它們可能對(duì)所有生命都是通用的，甚至對(duì)其他星球上的生命也是通用的。如果有“宇宙生物學(xué)”，對(duì)于尋找地球之外的生命，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)合成生命，解決生命起源問題，都將具有重要意義，這樣科學(xué)家至少可以預(yù)測(cè)外星生命的一些屬性。
此前該領(lǐng)域的研究主要集中在生物學(xué)中特定的組織層面，如單個(gè)生物或生態(tài)群落。這些層次構(gòu)成了一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，其中個(gè)體由相互作用的分子組成，而生態(tài)系統(tǒng)則由相互作用的個(gè)體組成。
亞利桑那州立大學(xué)(ASU)的一個(gè)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)超越了這個(gè)層次的個(gè)體層面，研究層次本身，聚焦于整個(gè)生物圈。他們的研究成果最近在科學(xué)進(jìn)展發(fā)表。
“為了理解生物學(xué)的一般原理，我們必須了解生命系統(tǒng)是如何跨層次組織的，而不僅僅是在給定的層次內(nèi)，”ASU超越中心和地球與太空探索學(xué)院的主要作者Hyunju Kim說。
通過這項(xiàng)研究，研究小組發(fā)現(xiàn)，生物化學(xué)在生物和生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)層面都受一般組織原則支配?！斑@意味著在行星尺度的生化組織中有一個(gè)邏輯，”ASU地球和太空探索學(xué)院的合著者哈里森史密斯說?！翱茖W(xué)家們長(zhǎng)期以來一直在討論這個(gè)邏輯，但到目前為止，他們一直在試圖量化它。量化可以幫助我們限制生命在地球上出現(xiàn)的方式。”
在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)使用了28146個(gè)帶注釋的基因組和元基因組以及8658個(gè)對(duì)生化反應(yīng)進(jìn)行編目的全球數(shù)據(jù)庫來構(gòu)建生化網(wǎng)絡(luò)。通過這樣做，他們發(fā)現(xiàn)了控制生物化學(xué)多樣性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展規(guī)則，這些規(guī)則從個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)的整個(gè)組織層面，然后到整個(gè)生物圈都是共享的。
史密斯說：“量化生命的一般原理——不局限于生命樹領(lǐng)域或特定的生態(tài)系統(tǒng)——是一個(gè)挑戰(zhàn)?！薄巴ㄟ^結(jié)合網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和標(biāo)度理論的工具，我們可以在使用研究人員編目的大型基因組數(shù)據(jù)集的同時(shí)做到這一點(diǎn)?！?
由Kim和Smith領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，在亞利桑那州立大學(xué)地球與空間探索與超越中心的Sarah Walker的監(jiān)督下，還包括超越中心的Cole mathis、亞利桑那州立大學(xué)物理系(現(xiàn)為格拉斯哥大學(xué))和地球與空間探索研究所的Jason Raymond。
沃克說：“在全球范圍內(nèi)理解生物化學(xué)的組織原理，可以幫助我們更好地理解生命作為一個(gè)行星過程是如何運(yùn)作的?！澳軌蚋鼑?yán)格地識(shí)別地球上生命的普遍屬性，也將為天體生物學(xué)家提供新的定量工具，指導(dǎo)我們尋找地外生命——無論是在其他世界的實(shí)驗(yàn)室里?！?
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