Neue astrobiologische Forschung sagt Leben voraus, „wie wir es nicht kennen“

Die Suche nach außerirdischem Leben wurde darauf beschränkt, das Leben auf der Erde als Referenz zu verwenden und im Wesentlichen nach „Leben, wie wir es kennen“ jenseits der Erde zu suchen. Für Astrobiologen, die nach Leben auf anderen Planeten suchen, gibt es einfach keine Werkzeuge, um die Merkmale des „Lebens, wie wir es nicht kennen“ vorherzusagen.

In neuen Forschungsergebnissen, die in der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) hat ein Team von Wissenschaftlern diese Einschränkung angegangen, indem sie universelle Muster in der Chemie des Lebens identifiziert haben, die nicht von bestimmten Molekülen abzuhängen scheinen. Diese Ergebnisse bieten eine neue Möglichkeit zur Vorhersage von Merkmalen außerirdischen Lebens mit unterschiedlicher Biochemie zum Leben auf der Erde.

„Wir wollen neue Werkzeuge haben, um Merkmale des Lebens zu identifizieren und sogar vorherzusagen, da wir es nicht kennen“, sagt Co-Autorin Sara Imari Walker von der Arizona State University. „Um dies zu tun, zielen wir darauf ab, die universellen Gesetze zu identifizieren, die für jedes biochemische System gelten sollten. Dazu gehört die Entwicklung einer quantitativen Theorie für die Ursprünge des Lebens und die Verwendung von Theorie und Statistik, um unsere Suche nach Leben auf anderen Planeten zu leiten.“

Auf der Erde entsteht Leben aus dem Zusammenspiel hunderter chemischer Verbindungen und Reaktionen. Einige dieser Verbindungen und Reaktionen finden sich in allen Organismen und schaffen eine universell geteilte Biochemie für alles Leben auf der Erde. Dieser Begriff der Universalität ist jedoch spezifisch für die bekannte Biochemie und erlaubt keine Vorhersagen über noch nicht beobachtete Beispiele.

„Wir sind nicht nur die Moleküle, die Teil unseres Körpers sind; wir als Lebewesen sind eine hervortretende Eigenschaft der Wechselwirkungen der vielen Moleküle, aus denen wir bestehen“, sagt Walker, außerordentlicher Professor an der School of Earth der ASU und Weltraumforschung und Schule für komplexe adaptive Systeme und stellvertretender Direktor des Beyond Center der ASU. „Unsere Arbeit zielt darauf ab, Wege zu entwickeln, diese philosophischen Erkenntnisse in überprüfbare wissenschaftliche Hypothesen umzuwandeln.“

Der Hauptautor Dylan Gagler, der 2020 seinen Master an der ASU abschloss und jetzt Bioinformatik-Analyst am Langone Medical Center der New York University in Manhattan ist, sagte, sein Interesse an der universellen Biologie sei aus dem Wunsch heraus entstanden, das Phänomen des Lebens besser zu verstehen. „Es ist ein überraschend schwieriges Konzept, es festzunageln“, sagt er. „Soweit ich das beurteilen kann, ist das Leben letztendlich ein biochemischer Prozess, also wollte ich erforschen, was das Leben auf dieser Ebene tut.“

Gagler und Walker entschieden schließlich, dass Enzyme als funktionelle Treiber der Biochemie eine gute Möglichkeit sind, sich diesem Konzept zu nähern. Mithilfe der Datenbank Integrated Microbial Genomes and Microbiomes konnten sie zusammen mit ihren Mitarbeitern die enzymatische Zusammensetzung von Bakterien, Archaeen und Eukarya untersuchen und dadurch den Großteil der Biochemie der Erde erfassen.

Durch diesen Ansatz war das Team in der Lage, eine neue Art von biochemischer Universalität zu entdecken, indem es statistische Muster in der biochemischen Funktion von Enzymen identifizierte, die im Baum des Lebens geteilt werden. Dabei verifizierten sie, dass statistische Muster aus Funktionsprinzipien stammen, die nicht durch den gemeinsamen Satz von Enzymfunktionen erklärt werden können, die von allen bekannten Lebewesen verwendet werden, und identifizierten Skalierungsbeziehungen, die mit allgemeinen Arten von Funktionen verbunden sind.

„Wir haben diese neue Art von biochemischer Universalität aus den groß angelegten statistischen Mustern der Biochemie identifiziert und festgestellt, dass sie auf unbekannte Lebensformen verallgemeinerbar sind als die traditionelle, die durch die spezifischen Moleküle und Reaktionen beschrieben wird, die allen Lebewesen auf der Erde gemeinsam sind. “, erklärt Co-Autor Hyunju Kim, Assistenzprofessor für Forschung an der School of Earth and Space Exploration der ASU und am Beyond Center der ASU. „Diese Entdeckung ermöglicht es uns, eine neue Theorie für die allgemeinen Lebensregeln zu entwickeln, die uns bei der Suche nach neuartigen Lebensbeispielen leiten kann.“

„Wir könnten erwarten, dass diese Ergebnisse überall im Universum gelten, und das ist eine aufregende Möglichkeit, die viele interessante Arbeiten anregt“, sagt Co-Autor Chris Kempes vom Santa Fe Institute.

Weitere Autoren dieser Studie sind Bradley Karas, John Malloy und Veronica Mierzejewski von der School of Earth and Space Exploration der ASU; und Aaron Goldman vom Oberlin College und dem Blue Marble Space Institute for Science.