Исследователи полагают, что это открытие даёт новое определение нашему пониманию границ эволюции и адаптации в условиях изменяющегося климата.
В своём революционном исследовании учёные из Дублинского университета установили «универсальную кривую температурной активности», которая управляет тем, как живые организмы реагируют на температуру. Эта находка показывает, что эволюция не смогла избежать одного для всех, объединяющего правила, связывающего производительность и тепло в каждой из ветвей жизни — от бактерий и растений до рептилий и рыб. Эта кривая показывает, что, хотя организмы с ростом температуры достигают лучших показателей, их активность резко снижается за пределами оптимальной точки, представляя серьёзные риски в нагревающемся мире.
Исследователи из Дублинского университета сделали открытие, которое они назвали «универсальной кривой температурной активности» (УКТА), модель, которая, судя по всему, применима ко всем видам, живущим на Земле. Эта кривая описывает реакцию организмов на изменения температуры, и похоже, что она справедлива для всего жизненного спектра. По словам учёных, УКТА фактически «сковывает эволюцию», поскольку похоже, что ни один из видов не способен уйти от её влияния на то, как биологическая активность зависит от температуры.
Скрытая закономерность, связывающая все виды
Температура влияет на все формы жизни, но УКТА объединяет бесчисленные массивы данных, до сих пор считавшиеся несвязанными. В ней объединены десятки тысяч кривых активности, описывающих эффективность функционирования видов при различных температурах. Исследователи обнаружили, что эта универсальная закономерность применима не просто ко всем организмам, но также ко всем типам критериев активности — будь то измерение скорости ящерицы, выполняющей спринт на беговой дорожке, акул, плавающих в открытой воде или бактерий, размножающихся под микроскопом.
Нарастающая жара и падающая активность
В исследовании выявлена устойчивая закономерность реакции организмов на тепло:
— Активность постепенно увеличивается с ростом температуры до достижения пика (оптимальной точки).
— За пределами оптимума активность резко падает.
— Когда температуры поднимаются слишком высоко, перегрев может привести к физиологическому слому или смерти.
Эти результаты, опубликованные в журнале PNAS, предполагают, что виды могут сталкиваться с более серьёзными, чем считалось ранее, ограничениями, адаптируясь к глобальному изменению климата. Поскольку большинство регионов продолжают нагреваться, окно совместимой с жизнью активности для многих видов может сужаться.
Одна кривая, много температур
Эндрю Джексон, профессор зоологии в Школе естественных наук Дублинского университета и соавтор статьи говорит: «У тысяч видов и почти во всех группах жизни, включая бактерии, растения, рептилий и насекомых, форма кривой, описывающей изменения в активности в зависимости от температуры, очень похожа. Однако, различные виды имеют очень разные оптимальные температуры, в диапазоне от 5°С до 100°С, и их активность может значительно варьировать в зависимости от степени наблюдаемой активности и конкретных видов.
Это привело к бесчисленным вариациям в предлагаемых моделях, объясняющих эти различия. Мы здесь показываем, что все различные кривые по сути — одна и та же кривая, просто растянутая и смещённая по разным температурам. Более того, мы показываем, что оптимальная температура и критическая максимальная температура, при которой наступает смерть, неразрывно связаны.
«Любой вид, каким бы он ни был, просто обязан обладать небольшим температурным диапазоном, при котором жизнь будет жизнеспособной, если температуры увеличатся по отношению к оптимуму».
Непреодолимый закон температурной активности
Старший автор исследования, д-р Николас Пэйн из Школы естественных наук Дублинского университета, добавляет: «Эти результаты выскочили во время проведения глубокого анализа свыше 2500 различных кривых температурной активности, которые включают в себя невообразимое разнообразие различных показателей активности настолько же невообразимого разнообразия различных видов — от бактерий до растений, и от ящериц до насекомых.
Это означает, что эта закономерность применима к видам из всех основных групп, которые массово разветвлялись в процессе роста древа жизни в течение миллиардов лет эволюции. Несмотря на это богатое разнообразие жизни, наше исследование показывает, что практически все формы жизни остаются замечательным образом ограниченными этим «правилом» влияния температуры на их способность функционировать. Максимум, что смогла сделать эволюция — это сдвигать эту кривую в разные стороны — жизнь не нашла способа отклониться от этой очень специфической фигуры температурной активности».
В поисках исключений
«Следующим шагом будет использовать эту модель в качестве ориентира, чтобы узнать, сможем ли мы обнаружить виды или системы, которые способны, в некоторой степени, выйти за пределы этой закономерности. Если мы найдём их, нам очень захочется спросить, почему и каким образом им это удаётся – особенно учитывая прогнозы о том, что наш климат, вероятнее всего, будет продолжать нагреваться в течение следующих десятилетий».
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Дублинским университетом.