Биологи рассчитали энергетические затраты клеток и генов за весь срок жизни

Биологи из Университета Индианы впервые рассчитали общие энергетические затраты на построение и поддержание жизни различных типов клеток, а также энергию, необходимую для репликации и экспрессии генов в этих клетках. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевые выводы:

• Масштабирование затрат: Потребление энергии растёт линейно с увеличением объёма клетки, а не экспоненциально или скачкообразно.
• Сравнение клеток: Самые простые клетки в исследовании (бактерии) требуют около 100 миллионов молекул АТФ за свою жизнь. Самые сложные (эукариотические инфузории) — более чем в 1000 раз больше.
• Роль митохондрий: Полученные данные опровергают распространённый аргумент о том, что сложные клетки не могли эволюционировать без энергопроизводящей митохондрии. Усиление способности генерировать энергию благодаря митохондрии не является обязательным условием для геномной сложности.

Методология:

Учёные проанализировали работы, начиная с 1960-х годов, и применили современные данные о метаболических путях и свойствах отдельных клеток, чтобы вычислить их потребности в энергии на протяжении всего жизненного цикла. В качестве единицы энергии использовалась молекула АТФ (аденозинтрифосфат).

Эволюционный контекст:

• Исследование является частью масштабного проекта по точному расчёту энергетической стоимости каждой части клетки.
• Понимание баланса «затраты vs. выгоды» при построении клеточных структур помогает объяснить, как естественный отбор и другие эволюционные силы могли повлиять на огромное клеточное разнообразие на Земле.
• Работа показывает, что сложные признаки могут возникать и механизмами, отличными от естественного отбора, особенно если затраты на их создание сопоставимы с приобретаемыми преимуществами.