В мире науки не каждый день появляется новое «правило биологии». Эти правила, или биологические законы, подобны фундаментальным истинам живого мира. Они описывают модели стабильности или нестабильности и поведение, которые постоянно наблюдаются на протяжении всей жизни.
Одним из таких правил является правило Аллена, которое объясняет, почему животные в более холодном климате имеют более короткие конечности, чем их собратья из более теплых регионов. Теперь Джон Тауэр, профессор биологических наук в Университете Южной Калифорнии предлагает новое правило, которое бросает вызов пониманию того, как устроена жизнь.
Избирательно выгодная нестабильность жизни
Правило Тауэра вращается вокруг концепции, называемой «выборочно выгодной нестабильностью» или SAI (selectively advantageous instability). Эта концепция предполагает, что определенный уровень нестабильности биологических компонентов, таких как белки и генетический материал, на самом деле может быть полезен для клеток.
Сначала это может показаться нелогичным. Мы часто связываем стабильность со здоровьем и благополучием. В конце концов, для поддержания стабильных систем требуется меньше энергии и ресурсов. Например, шестиугольники являются распространенной формой в природе, поскольку они по своей природе стабильны и эффективны.
Но профессор Тауэр утверждает, что нестабильность так же важна для жизни, как и стабильность. «Даже самые простые клетки содержат протеазы и нуклеазы и регулярно разлагают и заменяют свои белки и РНК, что указывает на то, что SAI необходим для жизни», — объясняет Джон Тауэр.
Эволюция, нестабильность и жизнь
Итак, какую роль нестабильность играет в схеме жизни? Профессор Тауэр считает, что SAI является движущей силой эволюции.
Поскольку клетки создают и разрушают нестабильные компоненты, они, по сути, существуют в двух состояниях: одно с наличием нестабильного компонента и другое без него. Естественный отбор может действовать по-разному в этих двух состояниях.
Это может привести к ситуации, когда в одной и той же популяции сохраняются как нормальный ген, так и мутировавшая версия этого гена, поскольку каждый ген может быть полезен в другом состоянии.
Такое генетическое разнообразие, вызванное нестабильностью, позволяет клеткам и организмам адаптироваться и развиваться с течением времени в течение своей жизни. Это похоже на постоянный танец между стабильностью и нестабильностью, где правильный баланс может привести к невероятной устойчивости и приспособляемости.
Темная сторона нестабильности
Хотя SAI может повысить адаптивность и эволюцию, у него есть обратная сторона. Процесс постоянного создания и замены нестабильных компонентов внутри клеток требует значительных затрат энергии. Эти энергетические затраты могут истощить клеточные ресурсы, что со временем может привести к снижению эффективности.
Профессор Тауэр предполагает, что SAI может быть ключевым фактором старения. «Создание, а затем замена нестабильных компонентов внутри клеток происходит за счет материалов и энергии. Для их разрушения также может потребоваться дополнительная энергия», — говорит он.
Кроме того, SAI позволяет сосуществовать нормальным и мутировавшим генам в одной и той же клеточной популяции. Хотя это генетическое разнообразие может быть полезным, оно также таит в себе риски.
Если вредный, мутировавший ген сохраняется рядом с нормальным геном, это может иметь пагубные последствия. Вредные мутации могут способствовать повреждению и дисфункции клеток, ускоряя процесс старения.
Со временем накопление таких вредных мутаций может ухудшить функцию клеток, что приведет к возрастному упадку тканей и систем органов.
Таким образом, хотя SAI способствует адаптации и выживанию в меняющихся условиях, он также создает уязвимости, которые могут повлиять на процесс старения и общее здоровье клеток.
За пределами эволюции и старения
Последствия SAI выходят далеко за рамки эволюции и старения. Он потенциально может пролить свет на широкий спектр биологических явлений: от теории хаоса до моделей Тьюринга и даже «клеточного сознания».
Профессор Тауэр считает, что SAI настолько широко распространен в биологии и имеет настолько далеко идущие последствия, что его можно считать новым правилом биологии. Это правило бросает вызов традиционному взгляду на стабильность и подчеркивает важность принятия нестабильности в нашем понимании жизни.
Итак, хотя стабильность может показаться идеальным состоянием, именно нестабильность заставляет жизнь двигаться вперед. Это искра, которая зажигает эволюцию, двигатель, стимулирующий адаптацию, и сила, формирующая разнообразие жизни на Земле.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Aging.