När vi tänker på livet på jorden, vi kan tänka på enskilda exempel som sträcker sig från djur till bakterier. När astrobiologer studerar livet, dock, de måste ta hänsyn till inte bara enskilda organismer, men också ekosystem, och biosfären som helhet.

Inom astrobiologi, det finns ett ökande intresse för huruvida livet som vi känner det är en egenhet i jordens speciella evolutionära historia eller, istället, om livet kunde styras av mer allmänna organiserande principer.

Om det finns allmänna principer som kan förklara egenskaper som är gemensamma för allt liv på jorden, forskare antar, då kan de vara universella för allt liv, till och med liv på andra planeter. Om en "universell biologi" existerar, det skulle få viktiga konsekvenser för sökandet efter liv bortom jorden, för att skapa syntetiskt liv i labbet, och för att lösa livets ursprung, gör det möjligt för forskare att förutsäga åtminstone vissa egenskaper hos främmande liv.

Tidigare forskning inom detta område har i första hand fokuserat på specifika organisationsnivåer inom biologin såsom enskilda organismer eller ekologiska samhällen. Dessa nivåer bildar en hierarki där individer är sammansatta av interagerande molekyler och ekosystem är sammansatta av interagerande individer.

Ett tvärvetenskapligt team av forskare vid Arizona State University (ASU) har gått längre än att fokusera på individuella nivåer i denna hierarki för att studera själva hierarkin, med fokus på biosfären som helhet. Resultaten av deras studie har nyligen publicerats Vetenskapens framsteg .

"För att förstå de allmänna principerna för biologi, vi måste förstå hur levande system organiserar sig över nivåer, inte bara inom en given nivå, " säger huvudförfattaren Hyunju Kim från ASU:s Beyond Center och School of Earth and Space Exploration.

Genom denna studie, teamet fann att biokemi, både på organismers och ekosystemsnivå, styrs av allmänna organisationsprinciper. "Detta betyder att det finns en logik i biokemins organisation i planetarisk skala, " säger medförfattaren Harrison Smith från ASU:s School of Earth and Space Exploration. "Forskare har pratat om den här typen av logik under lång tid, men fram till nu har de kämpat för att kvantifiera det. Att kvantifiera det kan hjälpa oss att begränsa hur liv uppstår på en planet."

För denna forskning, teamet konstruerade biokemiska nätverk med hjälp av en global databas med 28, 146 kommenterade genom och metagenom och 8, 658 katalogiserade biokemiska reaktioner. Därvid, de avslöjade skalningslagar som styr biokemisk mångfald och nätverksstruktur som delas över organisationsnivåer från individer till ekosystem, till biosfären som helhet.

"Kvantifiera allmänna livsprinciper - inte begränsade till en domän på livets träd, eller ett visst ekosystem – är en utmaning, " säger Smith. "Vi kunde göra det genom att kombinera verktyg från nätverksvetenskap och skalningsteori, samtidigt som de utnyttjar stora genomiska datamängder som forskare har katalogiserat."

Forskargruppen, ledd av Kim och Smith under överinseende av Sara Walker från ASU School of Earth and Space Exploration and the Beyond Center, inkluderar även Cole Mathis från Beyond Center och ASU Department of Physics (nu vid University of Glasgow), och Jason Raymond från School of Earth and Space Exploration.

"Att förstå de organiserande principerna för biokemi i global skala gör att vi bättre kan förstå hur livet fungerar som en planetarisk process", säger Walker. "Förmågan att mer rigoröst identifiera universella egenskaper hos livet på jorden kommer också att ge astrobiologer nya kvantitativa verktyg för att vägleda vårt sökande efter främmande liv - både i labbet på andra världar."