当我们想到地球上的生命时，我们可能会想到从动物到细菌的例子。然而，天体生物学家在研究生命时，不仅要考虑单个生物，还要考虑整个生态系统和生物圈。

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在天体生物学中，人们越来越关注我们所知的生命是否是地球特定进化史的一个怪癖，或者生命是否可能由更普遍的组织原则所支配。

科学家们假设，如果有通用的原理可以解释地球上所有生命的共同属性，那么它们可能对所有生命都是通用的，甚至对其他星球上的生命也是通用的。如果有“宇宙生物学”，对于寻找地球之外的生命，在实验室设计合成生命，解决生命起源问题，都将具有重要意义，这样科学家至少可以预测外星生命的一些属性。

此前该领域的研究主要集中在生物学中特定的组织层面，如单个生物或生态群落。这些层次构成了一个层级结构，其中个体由相互作用的分子组成，而生态系统则由相互作用的个体组成。

亚利桑那州立大学(ASU)的一个跨学科研究团队已经超越了这个层次的个体层面，研究层次本身，聚焦于整个生物圈。他们的研究成果最近在科学进展发表。

“为了理解生物学的一般原理，我们必须了解生命系统是如何跨层次组织的，而不仅仅是在给定的层次内，”ASU超越中心和地球与太空探索学院的主要作者Hyunju Kim说。

通过这项研究，研究小组发现，生物化学在生物和生态系统两个层面都受一般组织原则支配。“这意味着在行星尺度的生化组织中有一个逻辑，”ASU地球和太空探索学院的合著者哈里森史密斯说。“科学家们长期以来一直在讨论这个逻辑，但到目前为止，他们一直在试图量化它。量化可以帮助我们限制生命在地球上出现的方式。”

在这项研究中，该团队使用了28146个带注释的基因组和元基因组以及8658个对生化反应进行编目的全球数据库来构建生化网络。通过这样做，他们发现了控制生物化学多样性和网络结构的扩展规则，这些规则从个体到生态系统的整个组织层面，然后到整个生物圈都是共享的。

史密斯说：“量化生命的一般原理——不局限于生命树领域或特定的生态系统——是一个挑战。”“通过结合网络科学和标度理论的工具，我们可以在使用研究人员编目的大型基因组数据集的同时做到这一点。”

由Kim和Smith领导的研究团队，在亚利桑那州立大学地球与空间探索与超越中心的Sarah Walker的监督下，还包括超越中心的Cole mathis、亚利桑那州立大学物理系(现为格拉斯哥大学)和地球与空间探索研究所的Jason Raymond。

沃克说：“在全球范围内理解生物化学的组织原理，可以帮助我们更好地理解生命作为一个行星过程是如何运作的。“能够更严格地识别地球上生命的普遍属性，也将为天体生物学家提供新的定量工具，指导我们寻找地外生命——无论是在其他世界的实验室里。”