Ученые переписали закон биологии, которому уже 80 лет
Международное научное сообщество получило новый взгляд на один из базовых законов биологии, который использовался почти восемь десятилетий. Исследователи предложили обновлённый принцип, позволяющий по-новому объяснить, почему рост микроорганизмов и других живых систем неизбежно замедляется, даже если количество доступных ресурсов продолжает увеличиваться.
Речь идёт о переосмыслении классического уравнения роста микроорганизмов, разработанного нобелевским лауреатом Жаком Моно. Эта модель долгое время применялась для описания зависимости скорости роста микробов от одного ключевого лимитирующего питательного вещества. Однако, как отмечают современные биологи, реальные живые системы куда сложнее и включают тысячи взаимосвязанных химических процессов.
Японские учёные Дзюмпэй Ямагиси из Токийского университета и Тэцухиро Хатакеяма из Токийского института науки предложили более целостный подход, объединив уравнение Моно с законом минимума Либиха. Последний широко используется в экологии и агрономии и утверждает, что развитие организма или системы определяется тем ресурсом, который находится в наибольшем дефиците. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Авторы ввели понятие «глобального принципа ограничения», согласно которому рост живых систем сдерживается не одним фактором, а последовательной сменой ограничений. По мере ускорения роста вступают в действие всё новые барьеры — от доступности питательных веществ до физических возможностей клеточных структур. Для наглядности учёные использовали образ «террасированной бочки», где уровень «воды» поднимается ступенями, а каждая следующая ступень определяется новым лимитирующим фактором.
Исследователи подчёркивают, что форма кривых роста обусловлена не отдельными биохимическими реакциями, а фундаментальной физикой распределения ресурсов внутри клетки. Такой подход позволяет объяснить универсальность явления замедления роста, наблюдаемого у самых разных форм жизни — от бактерий до сложных организмов.
Свою теорию авторы проверили с помощью компьютерного моделирования бактерии Escherichia coli, анализируя распределение белков, пространственную организацию клетки и ограничения, связанные с её мембранами. Полученные данные подтвердили, что рост действительно подчиняется последовательной активации различных ограничений.
По мнению учёных, новая концепция может стать основой для формирования универсальных законов роста, применимых не только в биологии, но и в смежных областях. Практическое значение открытия особенно велико для отраслей, связанных с микробным производством — от создания пробиотиков и биоудобрений до разработки ферментов для переработки отходов и пластика.
Авторы отмечают, что, несмотря на внешнюю сложность живых систем, на клеточном уровне природа подчиняется удивительно простым и универсальным принципам. Их более точное понимание позволит лучше прогнозировать реакции организмов и экосистем на изменения окружающей среды и технологические вмешательства.
Источник: www.popularmechanics.com
Речь идёт о переосмыслении классического уравнения роста микроорганизмов, разработанного нобелевским лауреатом Жаком Моно. Эта модель долгое время применялась для описания зависимости скорости роста микробов от одного ключевого лимитирующего питательного вещества. Однако, как отмечают современные биологи, реальные живые системы куда сложнее и включают тысячи взаимосвязанных химических процессов.
Японские учёные Дзюмпэй Ямагиси из Токийского университета и Тэцухиро Хатакеяма из Токийского института науки предложили более целостный подход, объединив уравнение Моно с законом минимума Либиха. Последний широко используется в экологии и агрономии и утверждает, что развитие организма или системы определяется тем ресурсом, который находится в наибольшем дефиците. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Авторы ввели понятие «глобального принципа ограничения», согласно которому рост живых систем сдерживается не одним фактором, а последовательной сменой ограничений. По мере ускорения роста вступают в действие всё новые барьеры — от доступности питательных веществ до физических возможностей клеточных структур. Для наглядности учёные использовали образ «террасированной бочки», где уровень «воды» поднимается ступенями, а каждая следующая ступень определяется новым лимитирующим фактором.
Исследователи подчёркивают, что форма кривых роста обусловлена не отдельными биохимическими реакциями, а фундаментальной физикой распределения ресурсов внутри клетки. Такой подход позволяет объяснить универсальность явления замедления роста, наблюдаемого у самых разных форм жизни — от бактерий до сложных организмов.
Свою теорию авторы проверили с помощью компьютерного моделирования бактерии Escherichia coli, анализируя распределение белков, пространственную организацию клетки и ограничения, связанные с её мембранами. Полученные данные подтвердили, что рост действительно подчиняется последовательной активации различных ограничений.
По мнению учёных, новая концепция может стать основой для формирования универсальных законов роста, применимых не только в биологии, но и в смежных областях. Практическое значение открытия особенно велико для отраслей, связанных с микробным производством — от создания пробиотиков и биоудобрений до разработки ферментов для переработки отходов и пластика.
Авторы отмечают, что, несмотря на внешнюю сложность живых систем, на клеточном уровне природа подчиняется удивительно простым и универсальным принципам. Их более точное понимание позволит лучше прогнозировать реакции организмов и экосистем на изменения окружающей среды и технологические вмешательства.
Источник: www.popularmechanics.com
Автор: Павлова Ольга
Сегодня, 20:04
Сегодня, 20:04
