Ученый предлагает новый универсальный закон биологии, который может объяснить старение

 

Повторяющиеся структуры внутри оболочки наутилуса. (Фото: sciencealert.com)

Жизнь, похоже, требует хотя бы некоторой нестабильности. Этот факт следует считать биологической универсальностью, предлагает молекулярный биолог из Университета Южной Калифорнии Джон Тауэр.

Считается, что биологические законы редки и описывают закономерности или организационные принципы, которые в целом распространены повсеместно. Хотя они могут быть более мягкими, чем абсолюты математики или физики, такие правила в биологии, тем не менее, помогают нам лучше понять сложные процессы, управляющие жизнью.

Большинство примеров, которые мы нашли до сих пор, похоже, связаны с сохранением материалов или энергии и, следовательно, с тенденцией жизни к стабильности.

Например, правило Аллена, сформулированное в 1877 году, гласит, что теплокровным животным в более холодных регионах требуются более крепкие конечности с меньшей площадью поверхности для сохранения тепла тела, тогда как в более теплых регионах верно обратное. Но, как и во всем биологическом, есть некоторые исключения: в том числе коротконогие кустарниковые собаки, обитающие в Центральной и Южной Америке, и обыкновенная лягушка.

Другой пример биологических «правил» заключается в повторяющихся структурах, подчиняющихся математическим степенным законам по мере увеличения их размера, таких как постоянно расширяющаяся спираль раковины наутилуса. Они широко распространены во многих биологических системах и, как полагают, являются стратегиями, позволяющими экономить энергию и материалы. Еще один умный пример — то, как пчелы строят шестиугольные соты.

«Самоподобные структуры, в том числе логарифмические спирали, считаются наиболее экономичным способом увеличить размер конструкции без изменения формы или разрушения существующей структуры», — объясняет Тауэр.

Однако его концепция, названная «избирательно выгодной нестабильностью», бросает вызов этой тенденции к сохранению ресурсов в биологических системах.

Он утверждает, что хотя бы некоторая нестабильность является фундаментальной биологической необходимостью, несмотря на такую нестабильность, ведущую к потере ресурсов. Это потому, что есть и другие вещи, которые можно получить.

«Выборочно выгодная нестабильность увеличивает сложность системы, и эта повышенная сложность имеет потенциальные преимущества», — пишет Тауэр. Эти преимущества включают способность меняться и, следовательно, адаптироваться, что происходит на всех биологических уровнях, от молекулярного до популяционного.

«Даже самые простые клетки содержат протеазы и нуклеазы и регулярно деградируют и заменяют свои белки и РНК, что указывает на то, что избирательно выгодная нестабильность необходима для жизни», — говорит Тауэр.

Требование нестабильности неизбежно приводит к потере энергии и ресурсов, а также накоплению генетических мутаций, которые могут быть как вредными, так и благоприятными. Именно так мы и приходим к биологическому старению, предполагает Тауэр.

Однако без нестабильности и ее недостатков жизнь не смогла бы адаптироваться и процветать в изменяющихся времени и пространстве.

Таким образом, мы все попали в противоречивое перетягивание каната между потребностью в стабильности и нестабильностью, идя на компромиссы в любом случае.

«В последнее время наука была очарована такими концепциями, как теория хаоса, критичность, модели Тьюринга и «клеточное сознание», — говорит Тауэр.

«Исследования в этой области показывают, что избирательно выгодная нестабильность играет важную роль в возникновении каждого из этих явлений».

Это исследование было опубликовано на сайте: sciencealert.com.