Universelle Skalierungsgesetze zur Vorhersage von unbekanntem Leben entdeckt


Symbolbild: Leben auf unterschiedlichen lebensfreundlichen Planeten könnte sich grundsätzlich von jenem irdischen Leben unterscheiden, wie wir es kennen. Dennoch könnten universelle Regeln dabei behilflich sein, auch solches Leben vorherzusagen (Illu.). Copyright: NASA/Ames/JPL-Caltech

Symbolbild: Leben auf unterschiedlichen lebensfreundlichen Planeten könnte sich grundsätzlich von jenem irdischen Leben unterscheiden, wie wir es kennen. Dennoch könnten universelle Regeln dabei behilflich sein, auch solches Leben vorherzusagen (Illu.).
Copyright: NASA/Ames/JPL-Caltech

Santa Fe (USA) – Forscher haben unterschiedliche Skalierungsgesetze für die Verhältnisse zwischen der Anzahl von Enzymen in unterschiedlichen Enzymklassen und der Größe des Genoms eines Organismus entdeckt. Auf diese Weise wollen sich Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen nun auch der Frage nähern, wie Leben aussehen könnte, wie wir es bislang noch nicht kennen – denn die Gesetze könnten universell gültig sein.

Die einzige Referenz, die wir bislang für Leben haben, sind die Formen des Lebens auf unserem eigenen Planeten, der Erde. Astrobiologen vermuten aber, dass außerirdisches Leben ganz anders sein könnte als das der Erde. Ein von der NASA mitfinanziertes Forschungsprojekt entwickelt derzeit wissenschaftliche Werkzeuge, mit deren Hilfe Merkmale des Lebens, wie wir es noch nicht kennen, vorhersagen kann.

Als eines der ersten Ergebnisse dieser Arbeit haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vom Santa Fe Institute (SFI) nun die Identifizierung universeller Muster in der Chemie des Lebens in einem Fachartikel vorgestellt, wie sie nicht von spezifischen Molekülen abhängig zu sein scheinen.

Wie das Team um Professor Chris Kempes vom und Professor Sara Imari Walker von der Arizona State University aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.2106655119) berichtet, habe man bei der Suche nach diesen universellen biochemischen Gesetzmäßigkeiten eine quantitative Theorie über die Entstehung des Lebens und statistische Modelle zur Suche nach außerirdischem Leben genutzt.“

Auf der Erde ging das Leben aus einem Zusammenspiel aus Hunderten chemischer Verbindungen und Reaktionen hervor. Einige dieser Verbindungen und Reaktionen finden sich universell bei allen irdischen Organismen. Mit Hilfe der „Integrated Microbial Genomes and Microbiomes”-Datenbank haben die Forschenden daraufhin Enzyme – und damit die funktionalen Antriebsstoffe der Biochemie – in Bakterien, Archaeen und Eukaryoten ( Lebewesen, deren Zellen einen echten Kern und eine reiche Kompartimentierung haben) untersucht, um nach einer neuen Form biochemischer Universalität zu suchen.

Anhand ihrer Funktionen und Aufgaben können Enzyme taxonomisch in eine Vielzahl funktionaler Klassen bzw. Gruppen unterteilt werden. Etwa anhand der Art und Weise wie sie beispielsweise Wassermoleküle nutzen, um chemische Verbindungen (Hydrolasen) neu zu molekularen Strukturen (Isomerasen) zu anzuordnen, um sie so zu großen Molekülen (Ligasen) zusammenzufügen.

Das Team um Walker hat nun untersucht, wie das Vorkommen der Enzyme sich in jeder dieser funktionalen Kategorien abhängig von der allgemeinen Fülle von Enzymen in Organismen verändert.

Hierbei entdeckten die Forschenden mehrere unterschiedliche Skalierungsgesetze – mit nahezu algorithmischen Verhältnissen – zwischen der Anzahl der Enzyme in den unterschiedlichen Enzymkategorien und der Größe des Genoms eines Organismus. Darüber hinaus stellten sie fest, dass diese Gesetzmäßigkeiten auch nicht von den bestimmten Enzymen dieser Kategorien abhängig sind.

“In unserem Artikel beschreiben wir erstmals diese Skalierungs-Verhältnisse ohne, dass diese einer bestimmten Gruppe zugeordnet werden müssen“, erläutert Kempes und führt abschließend dazu weiter aus: „Selbst wenn das Leben sonst wo wirklich andersartige Moleküle nutzt, so deuten unsere Ergebnisse doch darauf hin, dass die gefundenen Regeln auch und im wahrsten Sinne universell gelten.“

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