Международная команда учёных из Тринити-колледжа в Дублине обнаружила фундаментальную закономерность, которая описывает реакцию любого живого организма на изменение температуры. Независимо от того, бактерия это, растение, насекомое или млекопитающее, биологическая «производительность» подчиняется одной и той же математической кривой. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Что такое температурная кривая производительности

Учёные давно знают, что температура — один из главных факторов, определяющих скорость всех биологических процессов: от деления клеток и роста до движения и размножения. Для описания этой зависимости строят так называемые температурные кривые производительности: график, где по оси X — температура, а по оси Y — какой-то показатель активности организма (скорость метаболизма, частота сердцебиения, скорость бега и т.д.).

До сих пор считалось, что форма таких кривых сильно зависит от вида. Однако анализ более 2500 кривых, собранных из разных исследований, показал обратное: несмотря на колоссальные различия между организмами, все кривые имеют практически одинаковую форму.

Универсальная температурная кривая

Авторы назвали открытие универсальной температурной кривой производительности. Её суть проста и драматична одновременно:

  • при низких температурах активность почти нулевая;
  • по мере нагревания производительность плавно растёт и достигает пика — оптимальной температуры;
  • после пика следует резкий, почти обвальный спад — производительность падает до нуля при критической температуре.

Оптимальная температура у разных видов сильно отличается — от +5 °C у некоторых глубоководных бактерий до +100 °C у термофильных архей. Но сама форма кривой остаётся неизменной: эволюция смогла лишь «сдвигать» эту кривую вдоль оси температур, но не менять её принципиальную геометрию.

«Эволюция смогла лишь „сдвигать“ эту кривую вдоль температурной шкалы, но не изменить её принципиальную форму», — подчёркивают авторы.

Связь между оптимумом и пределом выживания

Ещё одно важное наблюдение: оптимальная температура и критическая температура (при которой организм погибает) жёстко связаны. Чем выше оптимум, тем уже становится «окно выживания» после него. У видов с высоким оптимумом (например, термофилов) даже небольшое превышение пика приводит к быстрой гибели. Это объясняет, почему организмы, адаптированные к жаре, часто оказываются особенно уязвимы к перегреву.

Значение для понимания глобального потепления

Открытие имеет прямое отношение к климатическому кризису. Если все живые существа ограничены одной и той же универсальной кривой, то их способность адаптироваться к быстрому росту температуры может быть гораздо меньше, чем казалось раньше. Виды с низким оптимумом (большинство современных экосистем) окажутся в зоне резкого спада производительности уже при повышении на несколько градусов.

Ведущий автор Николас Пейн отметил, что исследование охватывает самые разные формы жизни — от бактерий и растений до рыб, рептилий и насекомых, — и все они укладываются в одну модель.

Что дальше

Учёные планируют использовать универсальную кривую как эталон и искать исключения — организмы, которые хотя бы частично отклоняются от этой закономерности. Такие случаи могут подсказать, как жизнь способна адаптироваться к экстремальным изменениям климата и какие механизмы могут помочь видам выжить в будущем.

Вкратце

Учёные из Тринити-колледжа (Дублин) проанализировали более 2500 температурных кривых производительности и обнаружили универсальный закон: все организмы — от бактерий до животных — реагируют на температуру по одной и той же форме кривой. Активность растёт до оптимума, а потом резко падает. Эволюция лишь сдвигает кривую по шкале температур, но не меняет её геометрию. Открытие ограничивает возможности адаптации к глобальному потеплению и опубликовано в PNAS.