Cuando los científicos buscan la vida, a menudo buscan biofirmas, productos químicos o fenómenos que indican la existencia de vida presente o pasada. Sin embargo, no es necesariamente el caso de 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 un nuevo trabajo innovador, un equipo dirigido por el profesor del Instituto Santa Fe, Chris Kempes, ha desarrollado una nueva firma biológica ecológica que podría ayudar a los científicos a detectar vida en entornos muy diferentes. Su trabajo aparece como parte de un número especial de la Boletín de Biología Matemática recopilado en honor del renombrado biólogo matemático James D. Murray.

La nueva investigación toma su punto de partida de la idea de que la estequiometría, o proporciones químicas, pueden servir como biofirmas. Dado que "los sistemas vivos muestran proporciones sorprendentemente consistentes en su composición química, "Kempes explica, "Podemos usar la estequiometría para ayudarnos a detectar vida". Todavía, como miembro y colaborador del SFI Science Board, Simon Levin, explica, "las proporciones elementales particulares que vemos en la Tierra son el resultado de las condiciones particulares aquí, y un conjunto particular de macromoléculas como proteínas y ribosomas, que tienen su propia estequiometría. "¿Cómo se pueden generalizar estas proporciones elementales más allá de la vida que observamos en nuestro propio planeta?

El grupo resolvió este problema basándose en dos patrones legales, dos leyes de escala, que están enredados en proporciones elementales que hemos observado en la Tierra. El primero de ellos es que en células individuales, la estequiometría varía con el tamaño de la célula. En bacterias, por ejemplo, a medida que aumenta el tamaño de la celda, las concentraciones de proteínas disminuyen, y aumentan las concentraciones de ARN. El segundo es que la abundancia de células en un entorno dado sigue una distribución de ley de potencias. El tercero, que se deriva de integrar el primero y el segundo en un modelo ecológico simple, es que la abundancia elemental de partículas a la abundancia elemental en el fluido ambiental es una función del tamaño de partícula.

Mientras que el primero de estos (que las proporciones elementales cambian con el tamaño de las partículas) lo convierte en una firma biológica química, es el tercer hallazgo que da lugar a la nueva biofirma ecológica. Si pensamos en las biofirmas no simplemente en términos de sustancias químicas o partículas individuales, y en cambio tener en cuenta los fluidos en los que aparecen partículas, vemos que las abundancias químicas de los sistemas vivos se manifiestan en proporciones matemáticas entre la partícula y el medio ambiente. Estos patrones matemáticos generales pueden aparecer en sistemas acoplados que difieren significativamente de la Tierra.

Por último, el marco teórico está diseñado para su aplicación en futuras misiones planetarias. "Si vamos a un mundo oceánico y miramos las partículas en contexto con su fluido, podemos comenzar a preguntarnos si estas partículas exhiben una ley de potencia que nos dice que hay un proceso intencional, Como la vida, haciéndolos, "explica Heather Graham, Investigador principal adjunto en el laboratorio de la NASA para firmas biológicas agnósticas, del cual ella y Kempes son parte. Para dar este paso aplicado, sin embargo, necesitamos tecnología para clasificar por tamaño las partículas, cuales, en este momento, no tenemos para el vuelo espacial. Sin embargo, la teoría está lista y cuando la tecnología aterrice en la Tierra, podemos enviarlo a océanos helados más allá de nuestro sistema solar con una nueva firma biológica prometedora en la mano.