Ученые открыли простой принцип, который объясняет, как повышенный уровень питательных веществ влияет на скорость роста клеток, и открыли универсальный закон роста всех живых систем.
На протяжении 80 лет биология опиралась на уравнение Моно, по которому скорость роста увеличивается с количеством питательных веществ, а затем выходит на стабильный уровень. Но эта модель учитывала лишь один ограничивающий фактор, тогда как в клетке одновременно происходят тысячи процессов, конкурирующих за общие ресурсы. Новая теория показала, что рост сдерживает не одно «узкое» место, а целая сеть взаимных ограничений. Как только одно из них снимается, появляется следующее — нехватка ферментов, недостаток объема клетки или ограниченная емкость мембраны.
Чтобы проверить идею, ученые смоделировали метаболизм кишечной палочки E. coli. Компьютерные расчеты показали, что при добавлении питательных веществ рост действительно ускоряется, но все медленнее — каждое новое вещество дает все меньший эффект. Форма кривой роста определяется не химией отдельных реакций, а физикой распределения ресурсов внутри клетки.
Принцип глобальных ограничений объединяет два классических подхода — уравнение Моно и закон минимума Либиха. В новой интерпретации знаменитая «бочка Либиха» превращается в ступенчатую систему, где на каждой новой «террасе» активируется другой лимитирующий фактор. Так жизнь упирается в собственные границы, даже когда питание в избытке.
Эта работа приближает ученых к созданию универсальных законов биологического роста. Жизнь, как выясняется, растет не по принципу «чем больше — тем лучше», а по строгим законам внутреннего равновесия.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что биологи узнали секреты мобильности бактерий.
