Quando gli scienziati cercano la vita, spesso cercano firme biologiche, sostanze chimiche o fenomeni che indicano l'esistenza di una vita presente o passata. Eppure non è necessariamente vero che i segni di vita sulla Terra siano segni di vita in altri ambienti planetari. Come troviamo la vita in sistemi che non assomigliano ai nostri?

In un nuovo lavoro rivoluzionario, un team guidato dal professor Chris Kempes del Santa Fe Institute ha sviluppato una nuova biofirma ecologica che potrebbe aiutare gli scienziati a rilevare la vita in ambienti molto diversi. Il loro lavoro appare come parte di un numero speciale del Bollettino di Biologia Matematica raccolti in onore del famoso biologo matematico James D. Murray.

La nuova ricerca parte dall'idea che la stechiometria, o rapporti chimici, possono fungere da biofirme. Poiché "i sistemi viventi mostrano rapporti sorprendentemente coerenti nella loro composizione chimica, "Kempes spiega, "possiamo usare la stechiometria per aiutarci a rilevare la vita". Ancora, in qualità di membro e collaboratore del comitato scientifico dell'SFI, Simone Levi, spiega, "i particolari rapporti elementali che vediamo sulla Terra sono il risultato delle particolari condizioni qui, e un particolare insieme di macromolecole come proteine ​​e ribosomi, che hanno la loro stechiometria." Come possono essere generalizzati questi rapporti elementari al di là della vita che osserviamo sul nostro pianeta?

Il gruppo ha risolto questo problema basandosi su due modelli simili alla legge, due leggi di scala, che sono impigliati nei rapporti elementari che abbiamo osservato sulla Terra. Il primo di questi è che nelle singole cellule, la stechiometria varia con la dimensione delle cellule. Nei batteri, Per esempio, all'aumentare delle dimensioni delle cellule, le concentrazioni proteiche diminuiscono, e le concentrazioni di RNA aumentano. Il secondo è che l'abbondanza di cellule in un dato ambiente segue una distribuzione della legge di potenza. Il terzo, che segue dall'integrazione del primo e del secondo in un semplice modello ecologico, è che l'abbondanza elementare delle particelle rispetto all'abbondanza elementare nel fluido ambientale è una funzione della dimensione delle particelle.

Mentre il primo di questi (che i rapporti elementari cambiano con la dimensione delle particelle) crea una biofirma chimica, è la terza scoperta che porta alla nuova biofirma ecologica. Se pensiamo alle biofirme non semplicemente in termini di singole sostanze chimiche o particelle, e tener conto invece dei fluidi in cui compaiono le particelle, vediamo che le abbondanze chimiche dei sistemi viventi si manifestano in rapporti matematici tra la particella e l'ambiente. Questi schemi matematici generali possono presentarsi in sistemi accoppiati che differiscono significativamente dalla Terra.

In definitiva, il quadro teorico è progettato per l'applicazione in future missioni planetarie. "Se andiamo in un mondo oceanico e osserviamo le particelle nel contesto con il loro fluido, possiamo iniziare a chiederci se queste particelle esibiscono una legge di potenza che ci dice che c'è un processo intenzionale, bella vita, facendoli, " spiega Heather Graham, Vice Principal Investigator presso il Lab for Agnostic Biosignatures della NASA, di cui lei e Kempes fanno parte. Per eseguire questo passaggio applicato, però, abbiamo bisogno della tecnologia per classificare le particelle, quale, al momento, non abbiamo per il volo spaziale. Eppure la teoria è pronta, e quando la tecnologia atterra sulla Terra, possiamo inviarlo negli oceani ghiacciati oltre il nostro sistema solare con una nuova promettente biofirma in mano.