Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине выявили то, что они называют «универсальной кривой тепловой производительности» (UTPC) – закономерность, применимую к каждому живому виду на Земле. Эта кривая описывает, как организмы реагируют на изменения температуры, и, по всей видимости, остается неизменной на протяжении всего спектра жизни. По мнению ученых, UTPC фактически «сковывает эволюцию», поскольку ни один вид, похоже, не способен избежать ее влияния на то, как температура воздействует на биологическую производительность.
Эта скрытая закономерность объединяет то, что когда-то казалось бесчисленными несвязанными наборами данных. UTPC суммирует десятки тысяч кривых производительности, которые описывают, насколько эффективно виды функционируют при различных температурах. Исследователи обнаружили, что эта универсальная модель применима не только ко всем организмам, но и ко всем видам показателей производительности – будь то измерение бега ящериц по беговой дорожке, плавания акул в открытой воде или деления бактерий под микроскопом.
Исследование выявило неизменную тенденцию в реакции организмов на тепло. Показатели производительности постепенно увеличиваются по мере роста температуры, пока не достигают пика – оптимальной точки. Однако за пределами этого оптимума производительность резко падает. Когда температура поднимается слишком высоко, перегрев может вызвать физиологический сбой или даже смерть. Эти выводы, опубликованные в журнале PNAS, предполагают, что виды могут столкнуться с более серьезными ограничениями, чем считалось ранее, при адаптации к глобальным изменениям климата. Поскольку большинство регионов продолжают нагреваться, окно жизнеспособной производительности для многих видов может сузиться.
Профессор зоологии Эндрю Джексон из Школы естественных наук Тринити-колледжа, соавтор исследования, отметил: «Среди тысяч видов и почти всех групп жизни, включая бактерии, растения, рептилий, рыб и насекомых, форма кривой, описывающей изменение производительности в зависимости от температуры, очень схожа. Однако разные виды имеют очень разные оптимальные температуры, от 5°C до 100°C, и их производительность может сильно варьироваться в зависимости от измеряемого показателя и конкретного вида». Джексон добавил, что ранее предполагалось множество вариаций моделей для объяснения этих различий.
«Теперь мы показали, что все эти различные кривые на самом деле являются одной и той же точной кривой, просто растянутой и смещенной по разным температурным диапазонам. Более того, мы продемонстрировали, что оптимальная температура и критическая максимальная температура, при которой наступает смерть, неразрывно связаны», – пояснил он. «Какой бы ни был вид, у него просто должен быть меньший температурный диапазон, при котором жизнь жизнеспособна, как только температура сдвигается выше оптимальной точки».
Доктор Николас Пэйн, старший автор исследования из той же Школы естественных наук Тринити-колледжа, прокомментировал: «Эти результаты получены на основе углубленного анализа более 2500 различных кривых тепловой производительности, которые охватывают огромное разнообразие различных показателей производительности для столь же огромного разнообразия видов – от бактерий до растений, и от ящериц до насекомых». По его словам, это означает, что модель применима к видам во всех основных группах, которые значительно дивергировали 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 заметно ограниченными этим «правилом» относительно того, как температура влияет на их способность функционировать. Лучшее, чего удалось достичь эволюции, – это переместить эту кривую; жизнь не нашла способа отклониться от этой одной очень специфической формы тепловой производительности».
Следующий шаг для ученых – использовать эту модель в качестве эталона, чтобы выяснить, существуют ли какие-либо виды или системы, которые могут тонко отклоняться от этой закономерности. Если такие исключения будут найдены, исследователи с большим интересом зададутся вопросом, почему и как им это удается, особенно учитывая прогнозы о том, что климат планеты, вероятно, продолжит теплеть в ближайшие десятилетия.
