Біологи пояснили однакову швидкість самовідтворення у слонів і бактерій

Незважаючи на величезний розкид в масі тіла і кількості нащадків у організмів різних видів, всі вони, від бактерій, до китів і дерев, відтворюють себе з однаковими темпами. Американські біологи розробили модель, яка пояснює це незвичайне явище. Стаття опублікована в журналі.

Більшість організмів у природі розмножується з приблизно рівним успіхом, і яким би довгим не був цикл їхнього життя, вони встигають залишити потомство. Тривалість життя пов'язана з розміром організму: життя маленької бактерії проходить за лічені години, а величезні ссавці і дерева, вага яких вимірюється в тоннах, живуть десятиліття і навіть століття. Така сталість існування видів при настільки величезному розкиді в їх характеристиках біологи пов'язують з енергетичним балансом - енергію живі організми черпають з біомаси, і в той же час вони самі виробляють біомасу, частина якої відтворюється в новому поколінні, і секрет рівної пристосованості всіх видів (equal fitness paradigm) криється в тому, яку частину енергії кожен з них витрачає на виживання, і яку на відтворення. Організми поменше і потепліше виробляють біомасу з більш високою частотою, ніж великі і холодні організми, але це коштує їм більш короткого життєвого циклу.

Тривалість життя організму пов'язують з темпами дихального обміну (розщепленням органічного «палива» і перетворенням його в клітинне «паливо»), які приблизно відповідають масі тіла цього організму, так що у некрупних організмів він вище і призводить до більш швидкого зносу, старіння і смерті. Це пояснення називають теорією швидкості життя, і Джеймс Браун (James Brown) з Університету Нью-Мексико зі своїми колегами вирішили застосувати ці теорії для створення єдиної моделі, яка описала б компроміс між тривалістю життя одного покоління організмів, і їх темпами відтворення, і перевірити її на базі даних різних видів тварин, рослин і бактерій.

Згідно моделі в простому вигляді, потік енергії біомаси (E, в кілоджоулях на грам), який розраховується для покоління до числа нащадків, прямо пропорційний часу життя покоління (G, в роках), темпу виробництва біомаси (B, в грамах на грам на рік), енергетичній щільності біомаси (Q, в кілоджоулях на грам) і частці енергії, яку організм відтворює у вцілілому потомстві, яке, в свою чергу, передасть енергію наступним поколінням (F): E = GBQF.

Вчені виявили, чим більша маса тіла, тим довша тривалість життя одного покоління, але нижче темп виробництва біомаси (B). Значення енергетичної щільності (Q) варіювалися у вузьких межах, і вчені прийняли Q за постійну величину, близько 22.4 кілоджоулів на грам сухої маси тіла. Частку енергії, яку організми передають потомству, що вижило (F), вчені порахували рівною 0.13 для всіх організмів незалежно від розміру і температури їх тіл, і розрахували приблизний коридор величин: від 0.5 для мікроскопічних організмів до 0.15 для риби сімейства лососевих. З урахуванням отриманих даних вони вирахували значення E (потік енергії біомаси), яке виявилося рівним 22.19 кілоджоулів на грам за одне покоління. Така швидкість, з якою кожен організм, в середньому, перебуваючи в стійкому стані, замінює самого себе.

Вчені відзначають, що сталість значення Q пов'язана з тим, що біомаса складається з органічних молекул, які є єдиним ресурсом для метаболічної енергії. Також вони відзначають, що для всіх організмів значення F коливається в діапазоні від 0.1 до 0.5 (10-50 відсотків), і в порівнянні з варіабельністю інших показників, це коливання для даних цілей можна вважати постійним. Крім того, автори попереджають, що їх модель не повна, і не враховує, наприклад, ефект співіснування різних видів однакового розміру на одній території, або характеристики навколишнього середовища.

Інші вчені розробили модель старіння і дійшли висновку, що воно неминуче. Споживання біомаси організмом широко варіюється, і лідером за «ненажерливістю» виявилися павуки.