Японські вчені відкрили універсальний закон біології, що обмежує еволюцію життя на Землі

Японські науковці разом із колегами з Earth‑Life Sci­ence Insti­tute (ELSI) при Insti­tute of Sci­ence Tokyo відкрили новий принцип, який пояснює, чому ріст живих організмів сповільнюється при надлишку поживних речовин. Це явище, відоме як «закон зменшення віддачі», тепер отримало математичне обґрунтування, що враховує всі внутрішні процеси клітини.

Дослідники Тецухіро С. Хатакейяма та Джумпей Ф. Ямагісі запропонували концепцію глобального обмежувального принципу для мікробного росту. Вона змінює класичне уявлення, закладене в рівнянні Монода, де ріст визначався лише одним чинником. Нова модель показує, що після усунення дефіциту однієї речовини темп росту починають обмежувати інші фактори — виробництво ферментів, об’єм клітини чи площа мембрани.

Принцип об’єднує два базові закони біології росту — рівняння Монода та закон мінімуму Лібіга. Останній стверджує, що розвиток обмежується найдефіцитнішим ресурсом. Вчені описали це через модель «барила з терасами», де нові обмеження з’являються поступово зі збільшенням доступності поживних речовин.

Для перевірки теорії команда провела масштабні комп’ютерні симуляції бактерій Escherichia coli, враховуючи білкові ресурси, внутрішній тиск і фізичні межі мембран. Результати передбачили сповільнення росту при додаванні поживних речовин, що збігалося з експериментальними даними, включно з ефектами кисню та азоту. Лабораторні досліди підтвердили правильність моделі.

Відкриття пропонує новий підхід до розуміння росту життя без необхідності аналізувати кожну реакцію окремо. Глобальний обмежувальний принцип може стати основою для прогнозування реакцій клітин, екосистем і біосфер на зміни середовища, а також знайти застосування у біотехнологіях, сільському господарстві та дослідженнях кліматичних впливів.