图片:研究人员发现了不同酶类中酶的数量与生物体基因组大小之间的各种比例定律。
来源:美国国家航空航天局
我们对“生命”的唯一参考就是我们已知的地球上的形式。天体生物学家怀疑，寻找外星生命，甚至寻找地球上生命的起源，可能需要更大的范围。一个由美国宇航局资助的研究小组正在开发工具，希望能预测我们不知道的生命特征。在《美国国家科学院院刊》(proceedings of the National Academy of Sciences)上发表的一项新研究中，该团队确定了生命化学中的普遍模式，这些模式似乎不依赖于特定的分子。
“我们希望有新的工具来识别，甚至预测我们不知道的生命特征，”圣达菲研究所外部教授Sara Imari Walker说，她是这篇论文的合著者。“为了做到这一点，我们的目标是找出适用于任何生物化学系统的普遍规律。这包括发展生命起源的定量理论，并使用理论和统计数据来指导我们寻找其他行星上的生命。”
在地球上，生命源于数百种化学化合物和反应的相互作用。其中一些化合物和反应在地球上的生物体中普遍存在。利用整合的微生物基因组和微生物组数据库，该团队研究了在细菌、古菌和真核生物中发现的酶——生物化学的功能驱动因素，揭示了一种新的生物化学普遍性。
酶可以根据它们的功能分成几大类，从使用水分子打破化学键(水解酶)到重新排列分子结构(异构酶)，再到将大分子连接在一起(连接酶)。研究小组比较了这些功能类别中酶的丰度与有机体中酶的整体丰度之间的关系。他们发现了不同酶类中酶的数量与生物体基因组大小之间的各种比例定律：算法关系。他们还发现，这些定律并不依赖于这些类别中的特定酶。
“在这里，我们发现不需要特别的资格就可以获得这些比例关系。有很多‘同义词’，而这些同义词是以系统的方式扩展的。”
在地球上，生物利用DNA并通过RNA制造蛋白质。但是DNA、RNA和蛋白质的大分子能帮助我们识别宇宙中的生命吗，帮助我们理解地球上生命的起源吗?
“作为一个团队，我们认为这是不可能的，”Kempes说。然而，这些大分子的功能，以及在有机的、地球上的生命中观察到的代谢比例关系，可能正是如此。“即使其他地方的生命使用了真正不同的分子，这些功能类别和比例定律可能在整个宇宙中都是守恒的”。
文章标题Scaling laws in enzyme function reveal a new kind of biochemical universality