Биологи объяснили одинаковую скорость самовоспроизведения у слонов и бактерий

Несмотря на огромный разброс в массе тела и количестве потомков у организмов разных видов, все они, от бактерий, до китов и деревьев, воспроизводят себя с одинаковыми темпами. Американские биологи разработали модель, которая объясняет это необычное явление. Статья опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.

Большинство организмов в природе размножается с примерно равным успехом, и каким бы длинным не был цикл их жизни, они успевают оставить потомство. Продолжительность жизни связана с размером организма: жизнь маленькой бактерии проходит за считанные часы, а огромные млекопитающие и деревья, вес которых измеряется в тоннах, живут десятилетия и даже века. Такое постоянство существования видов при столь огромном разбросе в их характеристиках биологи связывают с энергетическим балансом — энергию живые организмы черпают из биомассы, и в то же время они сами производят биомассу, часть которой воспроизводится в новом поколении, и секрет равной приспособленности всех видов (equal fitness paradigm) кроется в том, какую часть энергии каждый из них тратит на выживание, и какую на воспроизводство. Организмы поменьше и потеплее производят биомассу с более высокой частотой, чем крупные и холодные организмы, но это стоит им более короткого жизненного цикла.

Продолжительность жизни организма связывают с темпами дыхательного обмена (расщеплением органического «топлива» и преобразованием его в клеточное «топливо»), которые примерно соответствуют массе тела данного организма, так что у некрупных организмов он выше и приводит к более быстрому износу, старению и смерти. Это объяснение называют теорией скорости жизни, и Джеймс Браун (James Brown) из Университета Нью-Мексико со своими коллегами решили применить эти теории для создания единой модели, которая описала бы компромисс между продолжительностью жизни одного поколения организмов, и их темпами воспроизводства, и проверить ее на базе данных разных видов животных, растений и бактерий.

Согласно модели в простом виде, поток энергии биомассы (E, в килоджоулях на грамм), который рассчитывается для поколения к числу выживших потомков, прямо пропорционален времени жизни поколения (G, в годах), темпу производства биомассы (B, в граммах на грамм в год), энергетической плотности биомассы (Q, в килоджоулях на грамм) и доле энергии, которую организм воспроизводит в выжившем потомстве, которое, в свою очередь, передаст энергию следующим поколениям (F): E = GBQF.

Ученые обнаружили, чем больше масса тела, тем длиннее продолжительность жизни одного поколения, но ниже темп производства биомассы (B). Значения энергетической плотности (Q) варьировались в узких границах, и ученые приняли Q за постоянную величину, около 22.4 килоджоулей на грамм сухой массы тела. Долю энергии, которую организмы передают выжившему потомству (F), ученые посчитали равной 0.13 для всех организмов независимо от размера и температуры их тел, и рассчитали примерный коридор величин: от 0.5 для микроскопических организмов до 0.15 для рыбы семейства лососевых. С учетом полученных данных они вычислили значение E (поток энергии биомассы), которое оказалось равным 22.19 килоджоулей на грамм за одно поколение. Такова скорость, с которой каждый организм, в среднем, находясь в устойчивом состоянии, заменяет самого себя.

Ученые отмечают, что постоянство значения Q связано с тем, что биомасса состоит из органических молекул, которые являются единственным ресурсом для метаболической энергии. Также они отмечают, что для всех организмов значение F колеблется в диапазоне от 0.1 до 0.5 (10-50 процентов), и по сравнению с вариабельностью других показателей, это колебание для данных целей можно считать постоянным. Кроме того, авторы предупреждают, что их модель не полная, и не учитывает, например, эффект сосуществования разных видов одинакового размера на одной территории, или характеристики окружающей среды.

Другие ученые разработали модель старения и пришли к выводу, что оно неизбежно. Потребление биомассы организмом широко варьируется, и лидером по «прожорливости» оказались пауки.

Анна Зинина