Quando os cientistas procuram a vida, muitas vezes procuram bioassinaturas, produtos químicos ou fenômenos que indicam a existência de vida presente ou passada. No entanto, não é necessariamente o caso de que os sinais de vida na Terra sejam sinais de vida em outros ambientes planetários. Como encontramos vida em sistemas que não se parecem com os nossos?

Em um novo trabalho inovador, uma equipe liderada pelo professor Chris Kempes do Instituto de Santa Fé desenvolveu uma nova bioassinatura ecológica que pode ajudar os cientistas a detectar vida em ambientes muito diferentes. Seu trabalho aparece como parte de uma edição especial da Boletim de Biologia Matemática coletado em homenagem ao renomado biólogo matemático James D. Murray.

A nova pesquisa parte da ideia de que a estequiometria, ou proporções químicas, pode servir como bioassinaturas. Uma vez que "os sistemas vivos exibem proporções surpreendentemente consistentes em sua composição química, "Kempes explica, "podemos usar a estequiometria para nos ajudar a detectar vida." Ainda, como membro e contribuidor do SFI Science Board, Simon Levin, explica, "as proporções elementares particulares que vemos na Terra são o resultado das condições particulares aqui, e um conjunto particular de macromoléculas como proteínas e ribossomos, que têm sua própria estequiometria. "Como essas proporções elementares podem ser generalizadas além da vida que observamos em nosso próprio planeta?

O grupo resolveu esse problema com base em dois padrões legais, duas leis de escala, que estão emaranhados em proporções elementares que observamos na Terra. A primeira delas é que em células individuais, a estequiometria varia com o tamanho da célula. Em bactérias, por exemplo, conforme o tamanho da célula aumenta, diminuem as concentrações de proteínas, e aumentam as concentrações de RNA. A segunda é que a abundância de células em um determinado ambiente segue uma distribuição de lei de potência. O terceiro, que resulta da integração do primeiro e do segundo em um modelo ecológico simples, é que a abundância elementar de partículas para a abundância elementar no fluido ambiental é uma função do tamanho da partícula.

Enquanto o primeiro deles (que as proporções elementares mudam com o tamanho da partícula) contribui para uma bioassinatura química, é a terceira descoberta que contribui para a nova bioassinatura ecológica. Se pensarmos em bioassinaturas não apenas em termos de produtos químicos ou partículas individuais, e, em vez disso, leve em consideração os fluidos em que as partículas aparecem, vemos que as abundâncias químicas dos sistemas vivos se manifestam em proporções matemáticas entre a partícula e o ambiente. Esses padrões matemáticos gerais podem aparecer em sistemas acoplados que diferem significativamente da Terra.

Em última análise, a estrutura teórica é projetada para aplicação em futuras missões planetárias. "Se formos a um mundo oceânico e olharmos para as partículas no contexto de seu fluido, podemos começar a perguntar se essas partículas estão exibindo uma lei de potência que nos diz que existe um processo intencional, como a vida, fazendo-os, "explica Heather Graham, Vice-investigador principal do Laboratório de bioassinaturas agnósticas da NASA, da qual ela e Kempes fazem parte. Para realizar esta etapa aplicada, Contudo, precisamos de tecnologia para classificar partículas, que, no momento, não temos para voos espaciais. No entanto, a teoria está pronta, e quando a tecnologia pousar na Terra, podemos enviá-lo para oceanos gelados além do nosso sistema solar com uma nova bioassinatura promissora em mãos.