天体生物学预测“未知生命”

一直以来，人类对外星生命的寻找都把地球上的生命作为参考，以寻找地球以外的“已知生命”。对于寻找地外生命的天体生物学家来说，根本没有用来预测“未知生命”特征的方法。

发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一份新研究展示了一个科研小组在分析构成生命体的普遍化学成分的过程是如何突破这一界限的。此发现也为预测具备不同于地球生命生物化学特征的地外生命打开了一个新视野。来自亚利桑那州立大学的共同作者Sara Imari Walker说:“我们想用新的方法来识别那些未知生命的特征，以此来寻找适用于任何生化系统的普遍规律。其中也涵括有关生命起源的量化机制，并通过这些理论及统计来引导我们搜寻地外生命。”

地球上的生命是由数百种化合物反应的相互作用产生的。其中一些化合物和反应机制在所有生物体中是普遍存在的，形成了地球上的所有生命所共享的生物化学规律。然而，这种普遍性规律只适用于已知生命，尚不能对未知生命体进行预测。亚利桑那州立大学地球与空间探索学院以及复杂适应性系统学院的副教授兼Beyond研究中心的副主任Walker也认为：“作为生命体，我们不仅仅是组成我们身体的分子，而是这些众多分子间相互作用的突发属性。我们的工作旨在将这种具有哲学洞察力的想法变成可检验的科学性假设。”

作为该研究主要作者的Dylan Gagler，曾于2020年在亚利桑那州立大学获得硕士学位，现担任曼哈顿纽约大学朗格尼医学中心的生物信息学分析员。他对通用生物学的兴趣本是来源于渴望更好地理解生命现象。他认为生命现象是一个异乎寻常难以确定的概念，“就我所知，生命过程最终是在生物化学层面发生的，所以我想探索生命在这个层面是如何进行的”。Gagler和Walker 最终决定以研究驱动生物化学功能的酶作为出发点。他们通过与人合作利用微生物基因组和微生物组综合数据库来调查存在于细菌、古细菌和真核生物中酶的构成，以此研究地球上大部分生命的生物化学成分。研究小组通过统计数据来识别地球生命树所共享酶的生化功能模式，来寻找新的生物化学的普遍性。在此过程中，他们验证了统计模型起源于某种功能原理，而这种原理无法用所有已知生命形式所共享的酶功能来解释，同时他们也确定了此模式和一般类型功能之间的比例关系。

同样来自该校地球与空间探索学院和Beyond研究中心的助理教授Hyunju Kim解释道：“从大规模的生物化学统计模型中我们发现了生物化学的普遍性，并发现其与地球上所有传统生命形式相比，能涵盖更多未知的生命形式。这一发现可以为生命的普遍形式提供一个新理论，我们可以借此去寻找新的生命样本。”该研究的另一名共同作者、圣达菲研究所的Chris Kempes谈道：“我们希望这项研究成果适用于宇宙的任何地方，并可能激励和推动未来更多有趣的研究工作。”