Quando pensiamo alla vita sulla Terra, potremmo pensare a singoli esempi che vanno dagli animali ai batteri. Quando gli astrobiologi studiano la vita, però, devono considerare non solo i singoli organismi, ma anche ecosistemi, e la biosfera nel suo insieme.

In astrobiologia, c'è un crescente interesse sul fatto che la vita come la conosciamo sia un capriccio della particolare storia evolutiva della Terra o, Invece, se la vita potesse essere governata da principi organizzativi più generali.

Se esistono principi generali che possono spiegare le proprietà comuni a tutta la vita sulla Terra, gli scienziati ipotizzano, allora possono essere universali per tutta la vita, anche la vita su altri pianeti. Se esiste una "biologia universale", avrebbe importanti implicazioni per la ricerca della vita oltre la Terra, per ingegnerizzare la vita sintetica in laboratorio, e per risolvere l'origine della vita, consentendo agli scienziati di prevedere almeno alcune proprietà della vita aliena.

La ricerca precedente in quest'area si è concentrata principalmente su specifici livelli di organizzazione all'interno della biologia come i singoli organismi o le comunità ecologiche. Questi livelli formano una gerarchia in cui gli individui sono composti da molecole interagenti e gli ecosistemi sono composti da individui interagenti.

Un team interdisciplinare di ricercatori dell'Arizona State University (ASU) è andato oltre il concentrarsi sui livelli individuali in questa gerarchia per studiare la gerarchia stessa, concentrandosi sulla biosfera nel suo insieme. I risultati del loro studio sono stati recentemente pubblicati Progressi scientifici .

"Per comprendere i principi generali che governano la biologia, dobbiamo capire come i sistemi viventi si organizzano attraverso i livelli, non solo all'interno di un dato livello, ", afferma l'autore principale Hyunju Kim del Beyond Center dell'ASU e della School of Earth and Space Exploration.

Attraverso questo studio, il team ha scoperto che la biochimica, sia a livello di organismi che di ecosistemi, è regolato da principi organizzativi generali. "Ciò significa che c'è una logica nell'organizzazione su scala planetaria della biochimica, ", afferma il co-autore principale Harrison Smith della School of Earth and Space Exploration dell'ASU. "Gli scienziati hanno parlato a lungo di questo tipo di logica, ma fino ad ora hanno faticato a quantificarlo. Quantificarlo può aiutarci a limitare il modo in cui la vita sorge su un pianeta".

Per questa ricerca, il team ha costruito reti biochimiche utilizzando un database globale di 28, 146 genomi e metagenomi annotati e 8, 658 reazioni biochimiche catalogate. Così facendo, hanno scoperto leggi di scala che governano la diversità biochimica e la struttura di rete che sono condivise attraverso i livelli di organizzazione dagli individui agli ecosistemi, alla biosfera nel suo insieme.

"Quantificazione dei principi generali della vita, non limitati a un dominio sull'albero della vita, o un particolare ecosistema:è una sfida, " afferma Smith. "Siamo stati in grado di farlo combinando gli strumenti della scienza delle reti e della teoria dello scaling, sfruttando contemporaneamente grandi set di dati genomici che i ricercatori hanno catalogato".

Il gruppo di ricerca, guidato da Kim e Smith sotto la supervisione di Sara Walker della ASU School of Earth and Space Exploration e del Beyond Center, comprende anche Cole Mathis del Beyond Center e il Dipartimento di Fisica dell'ASU (ora presso l'Università di Glasgow), e Jason Raymond della Scuola di Esplorazione della Terra e dello Spazio.

"Comprendere meglio i principi organizzativi della biochimica su scala globale ci consente di capire come funziona la vita come un processo planetario", afferma Walker. "La capacità di identificare in modo più rigoroso le proprietà universali della vita sulla Terra fornirà inoltre agli astrobiologi nuovi strumenti quantitativi per guidare la nostra ricerca di vita aliena, sia in laboratorio che su altri mondi"