Quand les scientifiques chassent pour la vie, ils recherchent souvent des biosignatures, des produits chimiques ou des phénomènes qui indiquent l'existence d'une vie présente ou passée. Pourtant, il n'est pas nécessairement vrai que les signes de vie sur Terre soient des signes de vie dans d'autres environnements planétaires. Comment trouver la vie dans des systèmes qui ne ressemblent pas aux nôtres ?

Dans un nouveau travail révolutionnaire, une équipe dirigée par le professeur Chris Kempes du Santa Fe Institute a développé une nouvelle biosignature écologique qui pourrait aider les scientifiques à détecter la vie dans des environnements très différents. Leurs travaux sont publiés dans un numéro spécial de la Bulletin de biologie mathématique recueillies en l'honneur du célèbre biologiste mathématique James D. Murray.

La nouvelle recherche part de l'idée que la stoechiométrie, ou des rapports chimiques, peuvent servir de biosignatures. Étant donné que « les systèmes vivants affichent des rapports étonnamment cohérents dans leur composition chimique, ", explique Kempes, "nous pouvons utiliser la stœchiométrie pour nous aider à détecter la vie." Encore, en tant que membre et contributeur du SFI Science Board, Simon Levin, explique, "les rapports élémentaires particuliers que nous voyons sur Terre sont le résultat des conditions particulières ici, et un ensemble particulier de macromolécules comme les protéines et les ribosomes, qui ont leur propre stoechiométrie. » Comment ces rapports élémentaires peuvent-ils être généralisés au-delà de la vie que nous observons sur notre propre planète ?

Le groupe a résolu ce problème en s'appuyant sur deux modèles de loi, deux lois d'échelle, qui sont empêtrés dans les rapports élémentaires que nous avons observés sur Terre. Le premier d'entre eux est que dans les cellules individuelles, la stœchiométrie varie avec la taille des cellules. Chez les bactéries, par exemple, à mesure que la taille des cellules augmente, les concentrations de protéines diminuent, et les concentrations d'ARN augmentent. La seconde est que l'abondance des cellules dans un environnement donné suit une loi de loi de puissance. Le troisième, qui découle de l'intégration du premier et du second dans un modèle écologique simple, est que l'abondance élémentaire des particules à l'abondance élémentaire dans le fluide environnemental est fonction de la taille des particules.

Alors que le premier d'entre eux (que les rapports élémentaires changent avec la taille des particules) constitue une biosignature chimique, c'est la troisième découverte qui fait la nouvelle biosignature écologique. Si nous pensons aux biosignatures non seulement en termes de produits chimiques ou de particules uniques, et tenir compte des fluides dans lesquels apparaissent les particules, nous voyons que les abondances chimiques des systèmes vivants se manifestent dans des rapports mathématiques entre la particule et l'environnement. Ces modèles mathématiques généraux peuvent apparaître dans des systèmes couplés qui diffèrent considérablement de la Terre.

Finalement, le cadre théorique est conçu pour être appliqué dans les futures missions planétaires. "Si nous allons dans un monde océanique et regardons les particules dans leur contexte avec leur fluide, nous pouvons commencer à nous demander si ces particules présentent une loi de puissance qui nous dit qu'il y a un processus intentionnel, comme la vie, les faire, " explique Heather Graham, Chercheur principal adjoint au laboratoire de la NASA pour les biosignatures agnostiques, dont elle et Kempes font partie. Pour franchir cette étape appliquée, cependant, nous avons besoin de technologie pour trier les particules par taille, lequel, à l'heure actuelle, nous n'en avons pas pour les vols spatiaux. Pourtant la théorie est prête, et quand la technologie atterrit sur Terre, nous pouvons l'envoyer dans des océans glacés au-delà de notre système solaire avec une nouvelle biosignature prometteuse en main.