Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине обнаружили фундаментальную закономерность, определяющую реакцию всех живых организмов на изменение температуры. Согласно результатам работы, опубликованной в журнале PNAS, так называемая универсальная кривая тепловой эффективности (UTPC) ограничивает эволюционные возможности видов. Ученые пришли к выводу, что за миллиарды лет ни одна форма жизни не смогла выйти за пределы этого биологического правила.
Температурный фактор влияет на жизнедеятельность любого организма, однако до сих пор специалисты использовали разрозненные модели для описания термической адаптации различных видов. Объединив данные о десятках тысяч биологических процессов – от скорости бега ящериц и миграции акул до темпов деления бактериальных клеток, – авторы исследования выявили единый математический паттерн. Эта модель сохраняет актуальность для всего древа жизни, независимо от сложности организма или среды его обитания.
График зависимости продуктивности от тепла имеет специфическую форму: при повышении температуры биологические показатели организма постепенно растут до достижения определенного оптимума. Однако после прохождения этой точки наблюдается резкий и стремительный спад. Подобная асимметрия указывает на то, что перегрев становится критически опасным для жизни гораздо быстрее, чем охлаждение. По мнению ученых, такая жесткая связь между оптимальной и максимально допустимой температурой лишает виды гибкости при резком потеплении.
Профессор зоологии Эндрю Джексон пояснил, что хотя оптимальные температуры для разных видов варьируются в диапазоне от 5 до 100 градусов Цельсия, геометрия их реакций идентична. Все существующие в природе кривые тепловой эффективности оказались вариациями одной и той же модели, которая была лишь «растянута» или смещена в зависимости от условий обитания конкретного организма. Исследование показало, что эволюция смогла лишь передвигать этот график по шкале температур, но так и не изменила его базовую конфигурацию.
Выводы биологов основаны на детальном анализе более 2,5 тысячи термических кривых. Тот факт, что этот паттерн прослеживается у бактерий, растений, насекомых и позвоночных, свидетельствует о его глубокой древности. Организмы, чьи эволюционные пути разошлись миллиарды лет назад, по-прежнему подчиняются одному и тому же закону теплового воздействия. Это открытие ставит под сомнение способность многих видов быстро адаптироваться к текущим климатическим изменениям, так как их физиологические пределы предопределены на фундаментальном уровне.
В дальнейшем научная группа намерена использовать выявленную модель в качестве эталона для поиска возможных исключений. Обнаружение видов, способных нарушать эту закономерность, может стать ключом к пониманию механизмов выживания в условиях глобального повышения температур. Тем не менее на данный момент универсальная кривая остается одним из самых жестких ограничений, наложенных природой на развитие жизни.
