Ученые открыли универсальную кривую, ограничивающую эволюцию всех живых существ

Биологическая производительность всего древа жизни описывается Универсальной термической кривой производительности (UTPC). Показано около 30 000 измерений производительности, полученных из семи царств, 39 типов и 2710 экспериментов. Производительность представлена разнообразными показателями, включая метаболизм, индивидуальный рост, интенсивность поиска пищи, добровольную активность и рост популяции. Автор: Профессор Николас Пейн и профессор Эндрю Джексон, Тринити-колледж Дублин. Оригинальная публикация в PNAS.

Ученые из Тринити-колледжа в Дублине обнаружили универсальную термическую кривую производительности (UTPC), которая, по-видимому, применима ко всем видам и диктует их реакцию на изменение температуры. Эта UTPC по сути сковывает эволюцию, поскольку ни один вид, кажется, не смог освободиться от накладываемых ею ограничений на то, как температура влияет на производительность.

Все живые существа подвержены влиянию температуры, но вновь обнаруженная UTPC объединяет десятки тысяч казалось бы различных кривых, объясняющих, насколько хорошо виды функционируют при разных температурах. И UTPC применима не только ко всем видам, но и ко всем показателям их производительности в отношении изменения температуры — будь то измерение бега ящериц на беговой дорожке, плавания акул в океане или регистрация скорости деления клеток у бактерий.

Ключевым моментом является то, что новая UTPC показывает, что по мере потепления всех организмов их производительность медленно увеличивается до достижения оптимума (где производительность наибольшая), но затем, при дальнейшем потеплении, производительность быстро снижается.

Быстрое снижение производительности выше оптимальных температур означает, что перегрев может быть опасен, рискуя привести к физиологическому сбою или даже смерти.

Одним из очевидных выводов работы, опубликованной в PNAS, является то, что виды могут быть более ограничены в своей способности адаптироваться к глобальному изменению климата, чем опасались, учитывая, что в большинстве мест температуры растут.

«У тысяч видов и почти всех групп жизни, включая бактерии, растения, рептилий, рыб и насекомых, форма кривой, описывающей, как производительность меняется с температурой, очень похожа», — сказал Эндрю Джексон, профессор зоологии Школы естественных наук Тринити-колледжа и соавтор работы.

«Однако разные виды имеют очень разные оптимальные температуры, от 5°C до 100°C, и их производительность может сильно различаться в зависимости от наблюдаемого показателя и рассматриваемого вида. Это привело к появлению бесчисленных вариаций моделей, призванных объяснить эти различия. Мы показали, что все различные кривые на самом деле являются одной и той же кривой, просто растянутой и смещенной по разным температурам. Более того, мы показали, что оптимальная температура и критическая максимальная температура, при которой наступает смерть, неразрывно связаны».

«Какой бы ни был вид, он просто должен иметь меньший температурный диапазон, в котором жизнь возможна, как только температуры поднимаются выше оптимума».

Старший автор, доктор Николас Пейн из Школы естественных наук Тринити-колледжа, добавил:

«Эти результаты стали следствием углубленного анализа более 2500 различных термических кривых производительности, которые включают огромное разнообразие различных показателей производительности для столь же огромного разнообразия видов — от бактерий до растений и от ящериц до насекомых. Это означает, что закономерность сохраняется для видов всех основных групп, которые сильно разошлись по мере роста древа жизни на протяжении миллиардов лет эволюции».

«Несмотря на это богатое разнообразие жизни, наше исследование показывает, что в основном все формы жизни остаются поразительно ограниченными этим "правилом" о том, как температура влияет на их способность функционировать. Лучшее, чего смогла добиться эволюция, — это перемещать эту кривую; жизнь не нашла способа отклониться от этой одной очень специфической термической формы производительности».

«Следующий шаг — использовать эту модель в качестве своего рода эталона, чтобы посмотреть, есть ли какие-либо виды или системы, которые могут, пусть и незаметно, отходить от этой модели. Если мы найдем такие, нам будет интересно спросить, почему и как они это делают — особенно с учетом прогнозов о том, как наш климат, вероятно, продолжит теплеть в ближайшие десятилетия».

Больше информации: Arnoldi, Jean-François et al, A universal thermal performance curve arises in biology and ecology, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2513099122