Tyrėjai atskleidė universalų modelį, rodantį, kaip temperatūra veikia gyvybę Žemėje. Tūkstančių rūšių – nuo mikrobų iki roplių – palaipsniui aktyvumas gerėja šylant, kol pasiekiama optimali temperatūra, po kurios jis smarkiai krenta. Nors kiekviena rūšis turi savo pageidaujamą temperatūros diapazoną, visos jos laikosi tos pačios pagrindinės kreivės. Šis stebinantis apribojimas rodo, kad evoliucija galėjo turėti ribotą erdvę padėti rūšims susidoroti su sparčiu klimato atšilimu.
Universali temperatūros kreivė valdo visą gyvybę
Mokslininkai atrado universalią temperatūros taisyklę, kuri, atrodo, valdo visą gyvybę, ir ji gali apriboti rūšių prisitaikymą prie šylančio pasaulio. Nuotrauka: AI/ScienceDaily.com
Dublino Trejybės koledžo (Trinity College Dublin) tyrėjai praneša, kad jie atrado tai, kas atrodo kaip „universali šiluminio efektyvumo kreivė“ (universal thermal performance curve, UTPC), kuri taikoma visam gyvybės medžiui. Pasak komandos, šis modelis valdo, kaip organizmai reaguoja į temperatūros pokyčius. Išvados rodo, kad ši taisyklė iš esmės „suvaržo evoliuciją“, nes iki šiol nė viena tirta rūšis nesugebėjo išvengti ribų, kurias jos nustato temperatūros įtakai biologiniam našumui.
Temperatūra veikia kiekvieną gyvą organizmą. Naujai aprašyta UTPC sujungia dešimtis tūkstančių anksčiau atskirų našumo kreivių, kurias mokslininkai naudojo norėdami suprasti, kaip gerai skirtingos rūšys funkcionuoja esant skirtingoms temperatūroms. Tyrėjai nustatė, kad visos šios kreivės atitinka tą patį pagrindinį modelį. Tai taikoma ne tik visoms rūšims, bet ir daugeliui skirtingų biologinio aktyvumo tipų. Šis modelis galioja nepriklausomai nuo to, ar mokslininkai tikrina, kaip greitai driežai bėga bėgimo takeliu, ar matuoja, kaip rykliai plaukioja vandenyne, ar stebi, kaip greitai dalijasi bakterijų ląstelės.
Bendras gyvybės reakcijos į karštį modelis
UTPC atskleidžia nuoseklų ryšį tarp temperatūros ir gyvų organizmų našumo. Kylant temperatūrai, biologinis našumas paprastai palaipsniui gerėja, kol pasiekiamas optimalus taškas, kur našumas yra didžiausias.
Tačiau, kai temperatūra viršija šį optimalų lygį, našumas sparčiai blogėja. Šis staigus kritimas esant aukštesnei temperatūrai reiškia, kad perkaitimas gali greitai tapti pavojingas, galintis sukelti fiziologinį sutrikimą ar net mirtį.
Žurnale „PNAS“ paskelbtame tyrime teigiama, kad rūšys gali susidurti su didesniais apribojimais, nei manyta anksčiau, kalbant apie prisitaikymą prie klimato kaitos. Didėjant temperatūrai didžiojoje planetos dalyje, šie apribojimai gali turėti įtakos tam, kaip organizmai gali susidoroti su būsimu atšilimu.
Viena kreivė, bendra gyvybės medyje
Andrew Jacksonas, Trinity gamtos mokslų mokyklos zoologijos profesorius ir tyrimo bendraautoris, paaiškino, kad tyrimas atskleidė ryškių panašumų tarp daugelio gyvybės formų.
„Tūkstančiuose rūšių ir beveik visose gyvybės grupėse, įskaitant bakterijas, augalus, roplius, žuvis ir vabzdžius, kreivės, apibūdinančios, kaip našumas keičiasi priklausomai nuo temperatūros, forma yra labai panaši. Tačiau skirtingos rūšys turi labai skirtingą optimalią temperatūrą – nuo 5 °C iki 100 °C, o jų našumas gali labai skirtis priklausomai nuo stebimo našumo matavimo ir atitinkamos rūšies.“
Mokslininkai anksčiau sukūrė daug modelių, skirtų paaiškinti platų gamtoje pastebimų temperatūros reakcijų diapazoną. Tačiau naujas tyrimas rodo, kad šie skirtumai yra tos pačios pagrindinės kreivės variacijos.
„Dėl to atsirado daugybė modelių, skirtų šiems skirtumams paaiškinti, variacijų. Mes parodėme, kad visos skirtingos kreivės iš tikrųjų yra ta pati kreivė, tik ištempta ir perkelta skirtingose temperatūrose. Be to, parodėme, kad optimali temperatūra ir kritinė maksimali temperatūra, kurioje įvyksta mirtis, yra neatsiejamai susijusios.“
Jacksonas taip pat pažymėjo, kad kai temperatūra pakyla virš optimalios ribos, organizmų išgyvenimo diapazonas susiaurėja.
Tyrime analizuota tūkstančiai terminio našumo kreivių
Vyresnysis autorius dr. Nicholas Payne iš Trinity gamtos mokslų mokyklos teigė, kad išvados pagrįstos dideliu duomenų rinkiniu.
„Šie rezultatai gauti atlikus išsamią daugiau nei 2500 skirtingų terminio našumo kreivių analizę, apimančią didžiulę skirtingų našumo rodiklių įvairovę panašiai didelei skirtingų rūšių įvairovei – nuo bakterijų iki augalų, nuo driežų iki vabzdžių.“
Rezultatai rodo, kad šis bendras modelis pasireiškia beveik visose pagrindinėse gyvybės šakose, kurios vystėsi per milijardus metų.
„Tai reiškia, kad šis modelis galioja visų pagrindinių grupių rūšims, kurios smarkiai išsiskyrė, gyvybės medžiui augant per milijardus evoliucijos metų. Nepaisant šios didelės gyvybės įvairovės, mūsų tyrimas rodo, kad iš esmės visos gyvybės formos išlieka nepaprastai suvaržytos šios „taisyklės“, kaip temperatūra veikia jų gebėjimą funkcionuoti. Geriausias evoliucijos pasiekimas yra perkelti šią kreivę – gyvybė nerado būdo nukrypti nuo šios vienos labai specifinės terminio našumo formos.“
Ieškoma išimčių iš taisyklės
Dabar tyrėjai planuoja naudoti UTPC kaip atskaitos tašką, kad ištirtų, ar kokie nors organizmai gali šiek tiek nukrypti nuo šio modelio.
„Kitas žingsnis – naudoti šį modelį kaip savotišką etaloną, siekiant išsiaiškinti, ar yra kokių nors rūšių ar sistemų, kurias galime rasti ir kurios gali šiek tiek nukrypti nuo šio modelio. Jei tokių rasime, mielai paklausime, kodėl ir kaip jos tai daro, ypač atsižvelgiant į prognozes, kaip mūsų klimatas greičiausiai toliau šils ateinančiais dešimtmečiais.“
Jean-François Arnoldi, Andrew L. Jackson, Ignacio Peralta-Maraver, Nicholas L. Payne. A universal thermal performance curve arises in biology and ecology. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (43) DOI: 10.1073/pnas.2513099122