Membuka Kode Rahasia Alam Semesta: Pencarian untuk Memahami Kehidupan Alien

Temukan bagaimana para ilmuwan memadukan biologi, biologi sintetis, dan astrobiologi untuk berspekulasi pada bentuk kehidupan alien, dengan fokus pada karakteristik bersama yang mungkin melampaui biosfer Bumi.

Salah satu tantangan terbesar dalam astrobiologi – studi kehidupan di alam semesta – adalah memahami sifat kehidupan itu sendiri. Selama lebih dari seabad, ahli biologi telah mengakui bahwa kehidupan di bumi dibangun dari komponen -komponen penting seperti[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>DNA, RNA, and amino acids. Fossil records further reveal that life has followed numerous evolutionary paths, giving rise to a vast diversity of organisms. Yet, evidence also suggests that evolutionary possibilities are not endless; convergence and constraints significantly shape and limit the forms life can take.

Exploring Extraterrestrial Possibilities

This raises intriguing questions for astrobiologists: What might life look like on other planets? Can our knowledge of Earth’s biology help us predict alien life? A team of researchers led by the Santa Fe Institute (SFI) explored these questions in a recent study. By examining case studies from various scientific disciplines, they determined that certain fundamental constraints make some forms of life unlikely to exist.

The research team was led by Ricard Solé, the head of the ICREA-Complex Systems Lab at the Universitat Pompeu Fabra and an External Professor at the Santa Fe Institute (SFI). He was joined by multiple SFI colleagues and researchers from the Institute of Biology at the University of Graz, the Complex Multilayer Networks Lab, the Padua Center for Network Medicine (PCNM), Umeå University, the Massachusetts Institute of Technology (MIT), the Georgia Institute of Technology, the Tokyo Institute of Technology, and the European Centre for Living Technology (ECLT).

The Interstellar Probe Scenario

The team considered what an interstellar probe might find if it landed on an exoplanet and began looking for signs of life. How might such a mission recognize life that evolved in a biosphere different from what exists here on Earth? Assuming physical and chemical pre-conditions are required for life to emerge, the odds would likely be much greater. However, the issue becomes far more complex when one looks beyond evolutionary biology and astrobiology to consider synthetic biology and bioengineering.

Challenges in Detecting and Defining Life

According to Solé and his team, all of these considerations (taken together) come down to one question: can scientists predict what possible living forms of organization exist beyond what we know from Earth’s biosphere? Between not knowing what to look for and the challenge of synthetic biology, said Solé, this presents a major challenge for astrobiologists:

“The big issue is the detection of biosignatures. Detecting exoplanet atmospheres with the proper resolution is becoming a reality and will improve over the following decades. But how do we define a solid criterion to say that a measured chemical composition is connected to life?

“[Synthetic biology] akan menjadi utas paralel dalam petualangan ini. Kehidupan sintetis dapat memberikan petunjuk mendalam tentang apa yang diharapkan dan seberapa besar kemungkinan kondisi tertentu. Bagi kami, biologi sintetis adalah cara yang kuat untuk menginterogasi alam tentang hal yang mungkin. ”

Pendekatan lintas disiplin untuk memahami kehidupan

Untuk menyelidiki pertanyaan -pertanyaan mendasar ini, tim mempertimbangkan studi kasus dari termodinamika, perhitungan, genetika, perkembangan seluler, ilmu otak, ekologi, dan evolusi. Mereka juga mempertimbangkan penelitian sebelumnya yang mencoba memodelkan evolusi berdasarkan evolusi konvergen (berbeda jenis secara independen mengembangkan sifat atau perilaku yang sama), seleksi alam, dan batas -batas yang dipaksakan oleh biosfer. Dari sini, kata Solé, mereka mengidentifikasi persyaratan tertentu yang ditunjukkan oleh semua bentuk kehidupan:

“Kami telah melihat tingkat yang paling mendasar: logika kehidupan di seluruh penjualan, mengingat beberapa batasan informasi, fisik, dan kimia yang tampaknya tak terhindarkan. Sel sebagai unit mendasar, misalnya, tampaknya menjadi penarik yang diharapkan dalam hal struktur: vesikel dan misel secara otomatis terbentuk dan memungkinkan munculnya unit diskrit. ”

Wawasan dari prediksi historis dan prediksi masa depan

Para penulis juga menunjukkan contoh -contoh historis di mana orang memperkirakan beberapa fitur kehidupan yang kompleks yang kemudian dikonfirmasi oleh ahli biologi. Contoh utama adalah buku Erwin Schrödinger tahun 1944 Apa itu hidup? Di mana ia meramalkan bahwa bahan genetik adalah kristal aperiodik-struktur yang tidak memuaskan yang masih memiliki pengaturan yang tepat-yang mengkode informasi yang memandu pengembangan suatu organisme. Proposal ini mengilhami James Watson dan Francis Crick untuk melakukan penelitian yang akan membuat mereka menemukan struktur DNA pada tahun 1953.

Namun, kata Solé, ada juga karya John Von Neumann yang bertahun -tahun di depan revolusi biologi molekuler. Dia dan timnya merujuk pada konsep “konstruktor universal” von Neumann, model untuk mesin yang mereplikasi diri berdasarkan logika kehidupan seluler dan reproduksi. “Kehidupan pada prinsipnya, dapat mengadopsi konfigurasi yang sangat beragam, tetapi kami mengklaim bahwa semua bentuk kehidupan akan berbagi beberapa fitur yang tak terhindarkan, seperti polimer informasi linier atau keberadaan parasit,” Solé meringkas.

Kesimpulan: Perjalanan Astrobiologi yang berkelanjutan

Sementara itu, ia menambahkan, banyak yang perlu dilakukan sebelum astrobiologi dapat dengan percaya diri memprediksi bentuk apa yang bisa diambil dalam alam semesta kita:

“Kami mengusulkan serangkaian studi kasus yang mencakup berbagai sifat kompleksitas kehidupan. Ini menyediakan peta jalan yang terdefinisi dengan baik untuk mengembangkan fundamental. Dalam beberapa kasus, seperti yang tak terhindarkan dari parasit, pengamatannya sangat kuat, dan kami memiliki beberapa intuisi tentang mengapa ini terjadi, tetapi belum menjadi argumen teoretis yang universal. Mengembangkan dan membuktikan ide -ide ini akan membutuhkan koneksi baru antara berbagai bidang, dari perhitungan dan biologi sintetis hingga ekologi dan evolusi. ”

Makalah tim, “Kendala Dasar terhadap Logika Sistem Hidup,” muncul di Fokus antarmuka (Publikasi Royal Society).

Diadaptasi dari artikel yang awalnya diterbitkan di alam semesta hari ini.

Referensi: “Kendala mendasar terhadap logika sistem kehidupan” oleh Ricard Solé, Christopher P. Kempes, Bernat Corominas-Murtra, Manlio de Domenico, Artemy Kolchinsky, Michael Lachmann, Eric Libby, Sergueii Saavedra, Eric Smith dan David Wolpert, 25 Oktober 2024, Fokus antarmuka.
Doi: 10.1098/rsfs.2024.0010