Ученые обнаружили универсальную температурную кривую, которая управляет всей жизнью.

Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине сообщают об обнаружении так называемой «универсальной кривой температурной эффективности» (UTPC), применимой ко всему древу жизни. По словам команды, эта закономерность определяет реакцию организмов на изменения температуры. Полученные результаты свидетельствуют о том, что это правило фактически «скует эволюцию», поскольку ни одному из изученных до сих пор видов не удалось преодолеть ограничения, которые оно накладывает на влияние температуры на биологическую эффективность.

Температура влияет на каждый живой организм. Новая модель UTPC объединяет десятки тысяч ранее отдельных кривых производительности, которые ученые использовали для понимания того, насколько хорошо разные виды функционируют при различных температурах. Исследователи обнаружили, что все эти кривые следуют одной и той же закономерности. Это применимо не только к разным видам, но и ко многим различным типам биологической активности. Эта закономерность сохраняется независимо от того, проверяют ли ученые скорость бега ящериц на беговой дорожке, измеряют ли скорость плавания акул в океане или отслеживают скорость деления бактериальных клеток.

Общая закономерность в том, как живые организмы реагируют на жару.

Метод UTPC выявляет устойчивую взаимосвязь между температурой и продуктивностью живых организмов. По мере повышения температуры биологическая продуктивность, как правило, постепенно улучшается до достижения оптимальной точки (где продуктивность максимальна).

Однако как только температура выходит за пределы этого оптимального значения, производительность быстро снижается. Это резкое падение при высоких температурах означает, что перегрев может быстро стать опасным, потенциально вызывая физиологический сбой или даже смерть.

Исследование, опубликованное в журнале PNAS, предполагает, что виды могут сталкиваться с более серьезными ограничениями, чем считалось ранее, когда речь идет об адаптации к изменению климата. Поскольку температура повышается на большей части планеты, эти ограничения могут повлиять на то, насколько хорошо организмы смогут справляться с будущим потеплением.

Одна кривая, проходящая по всему древу жизни.

Эндрю Джексон, профессор зоологии в Школе естественных наук Тринити-колледжа и соавтор исследования, пояснил, что в ходе исследования были выявлены поразительные сходства между многими формами жизни.

«У тысяч видов и почти всех групп живых организмов, включая бактерии, растения, рептилий, рыб и насекомых, форма кривой, описывающей изменение производительности в зависимости от температуры, очень похожа. Однако у разных видов оптимальные температуры сильно различаются, варьируясь от 5°C до 100°C, и их производительность может сильно варьироваться в зависимости от измеряемого показателя и рассматриваемого вида».

Ранее ученые разработали множество моделей для объяснения широкого спектра температурных изменений, наблюдаемых в природе. Однако новые исследования показывают, что эти различия представляют собой вариации одной и той же базовой кривой.

«Это привело к появлению бесчисленных вариантов моделей, предложенных для объяснения этих различий. Мы показали, что все эти разные кривые на самом деле являются одной и той же кривой, просто растянутой и сдвинутой в зависимости от температуры. Более того, мы показали, что оптимальная температура и критическая максимальная температура, при которой наступает смерть, неразрывно связаны».

Джексон также отметил, что как только температура поднимается выше оптимальной, диапазон, в котором организмы могут выживать, сужается.

«Независимо от вида, у него должен быть более узкий температурный диапазон, при котором жизнь становится возможной, как только температура поднимается выше оптимальной».

В ходе исследования были проанализированы тысячи кривых тепловых характеристик.

Ведущий автор исследования, доктор Николас Пейн из Школы естественных наук Тринити-колледжа, заявил, что выводы основаны на обширном массиве данных.

«Эти результаты получены в результате углубленного анализа более 2500 различных кривых тепловых характеристик, которые охватывают огромное разнообразие показателей эффективности для столь же огромного разнообразия различных видов — от бактерий до растений, от ящериц до насекомых».

Результаты показывают, что эта общая закономерность наблюдается почти во всех основных ветвях жизни, эволюционировавших на протяжении миллиардов лет.

«Это означает, что данная закономерность сохраняется для видов во всех основных группах, которые значительно разошлись по мере роста древа жизни на протяжении миллиардов лет эволюции. Несмотря на это богатое разнообразие жизни, наше исследование показывает, что практически все формы жизни остаются в значительной степени ограниченными этим «правилом» о том, как температура влияет на их способность функционировать. Лучшее, чего удалось достичь эволюции, — это сдвинуть эту кривую — жизнь не нашла способа отклониться от этой одной очень специфической формы температурных характеристик».

Поиск исключений из правила

Теперь исследователи планируют использовать UTPC в качестве отправной точки для изучения того, могут ли какие-либо организмы незначительно отклоняться от этой закономерности.

«Следующий шаг — использовать эту модель в качестве своего рода эталона, чтобы выяснить, есть ли какие-либо виды или системы, которые могут незаметно отклоняться от этой закономерности. Если мы их обнаружим, нам будет интересно узнать, почему и как это происходит, особенно учитывая прогнозы о том, что наш климат, вероятно, продолжит теплеть в ближайшие десятилетия».

Источник: www.sciencedaily.com