當我們想到地球上的生命時，我們可能會想到從動物到細菌的例子。然而，天體生物學(xué)家在研究生命時，不僅要考慮單個生物，還要考慮整個生態(tài)系統(tǒng)和生物圈。
在天體生物學(xué)中，人們越來越關(guān)注我們所知的生命是否是地球特定進化史的一個怪癖，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，那么它們可能對所有生命都是通用的，甚至對其他星球上的生命也是通用的。如果有“宇宙生物學(xué)”，對于尋找地球之外的生命，在實驗室設(shè)計合成生命，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，如單個生物或生態(tài)群落。這些層次構(gòu)成了一個層級結(jié)構(gòu)，其中個體由相互作用的分子組成，而生態(tài)系統(tǒng)則由相互作用的個體組成。
亞利桑那州立大學(xué)(ASU)的一個跨學(xué)科研究團隊已經(jīng)超越了這個層次的個體層面，研究層次本身，聚焦于整個生物圈。他們的研究成果最近在科學(xué)進展發(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)兩個層面都受一般組織原則支配。“這意味著在行星尺度的生化組織中有一個邏輯，”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)家們長期以來一直在討論這個邏輯，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?！?
在這項研究中，該團隊使用了28146個帶注釋的基因組和元基因組以及8658個對生化反應(yīng)進行編目的全球數(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)的擴展規(guī)則，這些規(guī)則從個體到生態(tài)系統(tǒng)的整個組織層面，然后到整個生物圈都是共享的。
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)——是一個挑戰(zhàn)?！薄巴ㄟ^結(jié)合網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和標度理論的工具，我們可以在使用研究人員編目的大型基因組數(shù)據(jù)集的同時做到這一點。”
由Kim和Smith領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，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行星過程是如何運作的?！澳軌蚋鼑栏竦刈R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驗室里?！?
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