Японські вчені стверджують, що еволюція здатна сама себе обмежувати

Міжнародна група науковців за участю дослідників з Earth‑Life Sci­ence Insti­tute (ELSI) при Insti­tute of Sci­ence Tokyo представила новий принцип, що пояснює сповільнення росту живих організмів при надлишку поживних речовин. Відкриття отримало назву «глобальний обмежувальний принцип» і пропонує нову математичну модель для опису мікробного росту.

На відміну від класичного рівняння Монода, яке враховує лише один лімітувальний фактор, нова концепція показує, що після усунення дефіциту однієї речовини темп росту починають визначати інші обмеження — виробництво ферментів, внутрішній об’єм клітини чи площа мембрани. Таким чином, кожна додаткова поживна речовина приносить менший ефект для росту, ніж попередня.

Дослідники поєднали два базові закони біології — рівняння Монода та закон мінімуму Лібіга. Останній стверджує, що розвиток обмежується найдефіцитнішим ресурсом. У новій моделі це описано як «барило з терасами», де нові обмежувальні чинники 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.

Науковці наголошують, що глобальний обмежувальний принцип відкриває нові можливості для прогнозування реакцій клітин, екосистем і біосфер на зміни середовища. Він може знайти застосування у біотехнологіях, сільському господарстві та дослідженнях кліматичних впливів, а надалі буде перевірений на різних типах організмів у багатофакторних умовах живлення.