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Cuando los científicos buscan vida, a menudo buscan biofirmas, productos químicos o fenómenos que indiquen la existencia de una vida presente o pasada. Sin embargo, no es necesariamente cierto que los signos de vida en la Tierra sean signos de vida en otros entornos planetarios. ¿Cómo encontramos vida en sistemas que no se parecen al nuestro?
En este nuevo e innovador trabajo, un equipo dirigido por el profesor Chris Kempes del Instituto Santa Fe ha desarrollado una nueva firma biológica ecológica que puede ayudar a los científicos a detectar vida en entornos muy diferentes. Su trabajo aparece en un número especial de la revista.Boletín de Biología Matemática recopilada en honor al famoso biólogo matemático James D. Murray.
La nueva investigación se basa en el supuesto de que la estequiometría o las proporciones químicas pueden servir como biofirmas. Debido a que “los sistemas vivos exhiben proporciones sorprendentemente constantes en la composición química”, explica Kempes, “podemos usar la estequiometría para ayudarnos a detectar la vida”. Sin embargo, como explica el coautor y miembro del SFI Science Board, Simon Levin, “las proporciones específicas de los elementos que vemos en la Tierra son el resultado de las condiciones particulares aquí y un conjunto específico de macromoléculas, como proteínas y ribosomas, que tienen su propia estequiometría. “¿Cómo podemos generalizar estas proporciones de elementos más allá de la vida que observamos en nuestro propio planeta?
El grupo resolvió este problema basándose en dos patrones similares a leyes, dos leyes de escala, que están implicadas en las proporciones de los elementos que observamos en la Tierra. La primera es que en las células individuales la estequiometría cambia con el tamaño de la célula. Por ejemplo, en las bacterias, a medida que aumenta el tamaño de las células, disminuye la concentración de proteínas y aumenta la concentración de ARN. En segundo lugar, la abundancia de células en un entorno determinado es coherente con la distribución del poder. El tercero, resultado de la integración del primero y el segundo con un modelo ecológico simple, es que la abundancia de elementos en el fluido ambiental es función del tamaño de partícula.
Si bien el primero de ellos (el cambio en la proporción de elementos con el tamaño de las partículas) es una firma biológica química, es el tercer hallazgo que respalda una nueva firma biológica ecológica. Si pensamos en las biofirmas no solo en términos de sustancias químicas o partículas individuales, sino que consideramos los fluidos en los que aparecen las partículas, veremos que la abundancia química de los sistemas vivos se manifiesta en la relación matemática entre la molécula y el medio ambiente. Estos patrones matemáticos generales pueden surgir en sistemas interconectados que son muy diferentes de la Tierra.
En última instancia, el marco teórico está destinado a ser utilizado en futuras misiones planetarias. “Si vamos al mundo de los océanos y miramos las partículas en el contexto de su fluido, podemos comenzar a preguntarnos si estas partículas exhiben una ley de fuerza que nos dice que hay un proceso deliberado, como la vida, que crea ellos “, explica Heather Graham, investigadora principal adjunta en el laboratorio de la NASA para firmas biológicas agnósticas, del cual ella y Kempes son parte. Sin embargo, para realizar este paso necesitamos una tecnología de clasificación de partículas que actualmente no tenemos para vuelos espaciales. Sin embargo, la teoría está lista, y cuando la tecnología aterrice en la Tierra, podremos enviarla a los océanos helados fuera de nuestro sistema solar con una nueva biofirma prometedora en la mano.
Proporcionado por el Instituto Santa Fe