Quand on pense à la vie sur Terre, nous pourrions penser à des exemples individuels allant des animaux aux bactéries. Quand les astrobiologistes étudient la vie, cependant, ils doivent considérer non seulement les organismes individuels, mais aussi des écosystèmes, et la biosphère dans son ensemble.

En astrobiologie, il y a un intérêt croissant pour savoir si la vie telle que nous la connaissons est une bizarrerie de l'histoire évolutive particulière de la Terre ou, au lieu, si la vie pouvait être régie par des principes d'organisation plus généraux.

S'il existe des principes généraux qui peuvent expliquer les propriétés communes à toute vie sur Terre, les scientifiques émettent l'hypothèse, alors ils peuvent être universels à toute vie, même la vie sur d'autres planètes. S'il existe une "biologie universelle", cela aurait des implications importantes pour la recherche de la vie au-delà de la Terre, pour l'ingénierie de la vie synthétique en laboratoire, et pour résoudre l'origine de la vie, permettant aux scientifiques de prédire au moins certaines propriétés de la vie extraterrestre.

Les recherches antérieures dans ce domaine se sont principalement concentrées sur des niveaux spécifiques d'organisation au sein de la biologie, tels que les organismes individuels ou les communautés écologiques. Ces niveaux forment une hiérarchie où les individus sont composés de molécules en interaction et les écosystèmes sont composés d'individus en interaction.

Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l'Arizona State University (ASU) est allée au-delà de se concentrer sur les niveaux individuels de cette hiérarchie pour étudier la hiérarchie elle-même, en se concentrant sur la biosphère dans son ensemble. Les résultats de leur étude ont été récemment publiés Avancées scientifiques .

"Pour comprendre les principes généraux de la biologie, nous devons comprendre comment les systèmes vivants s'organisent à travers les niveaux, pas seulement à un niveau donné, ", déclare l'auteur principal Hyunju Kim du Beyond Center de l'ASU et de la School of Earth and Space Exploration.

A travers cette étude, l'équipe a découvert que la biochimie, tant au niveau des organismes que des écosystèmes, est régie par des principes généraux d'organisation. "Cela signifie qu'il y a une logique à l'organisation à l'échelle planétaire de la biochimie, ", déclare le co-auteur principal Harrison Smith de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU. "Les scientifiques parlent de ce type de logique depuis longtemps, mais jusqu'à présent, ils ont eu du mal à le quantifier. La quantifier peut nous aider à limiter la façon dont la vie apparaît sur une planète. »

Pour cette recherche, l'équipe a construit des réseaux biochimiques en utilisant une base de données mondiale de 28, 146 génomes et métagénomes annotés et 8, 658 réactions biochimiques répertoriées. En faisant ainsi, ils ont découvert des lois d'échelle régissant la diversité biochimique et la structure des réseaux qui sont partagées entre les niveaux d'organisation, des individus aux écosystèmes, à la biosphère dans son ensemble.

"Quantifier les principes généraux de la vie - non limités à un domaine sur l'arbre de vie, ou un écosystème particulier - est un défi, " dit Smith. " Nous avons pu le faire en combinant des outils de la science des réseaux et de la théorie de la mise à l'échelle, tout en exploitant simultanément de grands ensembles de données génomiques que les chercheurs ont catalogués. »

L'équipe de recherche, dirigé par Kim et Smith sous la supervision de Sara Walker de l'ASU School of Earth and Space Exploration et du Beyond Center, comprend également Cole Mathis du Beyond Centre et du département de physique de l'ASU (maintenant à l'Université de Glasgow), et Jason Raymond de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace.

« Comprendre les principes d'organisation de la biochimie à l'échelle mondiale nous permet de mieux comprendre comment la vie fonctionne en tant que processus planétaire », explique Walker. « La capacité d'identifier plus rigoureusement les propriétés universelles de la vie sur Terre fournira également aux astrobiologistes de nouveaux outils quantitatifs pour guider notre recherche de vie extraterrestre, à la fois en laboratoire sur d'autres mondes »