В биологии существуют свои правила поведения и эволюции природы. Теперь исследователи из Университета Южной Калифорнии (USC) хотят добавить новый под названием «Выборочно выгодная нестабильность» (SAI), в котором исследуется, как нестабильность может принести пользу клетке и клеточному организму.
Неожиданное открытие показывает, что клетки процветают в хаосе, и бросает вызов фундаментальному предположению, что жизнь всегда стремится к стабильности и сохранению ресурсов. Понимание этого механизма может открыть новые возможности для изучения этих биологических явлений.
Парадокс выгодной нестабильности
Исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Aging (Я связываю это здесь), представляет, казалось бы, парадоксальную концепцию: идею о том, что нестабильность биологических компонентов, таких как белки и гены, на самом деле может способствовать здоровью и выживанию клеток. Исследователи под руководством молекулярного биолога Джон Тауэрс, заметили, что даже самые простые клетки содержат ферменты, которые регулярно разрушают и заменяют белки и РНК, что указывает на то, что SAI необходим для жизни. Этот процесс благоприятствует поддержанию как нормального гена, так и генетической мутации в одной и той же популяции клеток, если нормальный ген благоприятен в одном состоянии клетки, а мутация благоприятна в другом.
(А-С) Шестиугольники. (А) Яичная скорлупа дрозофилы. (B) Соты. (С) Гликоген.
(Д – Ж) Логарифмические спирали и самоповторяющиеся модели. (D) Окаменелость аммонита. (Е) Сосновая шишка. (F) Римская брокколи. Открытие SAI может бросить вызов этой закономерности.
Генетическое разнообразие и адаптация
Нестабильность этих клеточных компонентов обеспечивает большее генетическое разнообразие, что, в свою очередь, может сделать организмы более адаптируемыми к изменениям окружающей среды. Более того, многие клеточные компоненты «предпочитают» короткую продолжительность жизни, поскольку это способствует здоровью клеток. Это указывает на то, что САИ в этих компонентах является необходимой функцией в биологии.
Настолько необходимо, что оно заслуживает номинации в качестве нового «правила биологии». А еще потому, что оно возникает в других известных концепциях, таких как теория хаоса и идеи «клеточного сознания». Да здравствует нестабильность, тогда? М-м-м.
Обратная сторона медали: старение и болезни
Нестабильность в биологии имеет и свои отрицательные стороны. Этот энергозатратный мутационный процесс может привести к появлению вредных клеток, которые способствуют старению, а также вызывают другие типы повреждений и дисфункций. У SAI есть затраты для репликатора с точки зрения энергии и/или материалов, и эти затраты связаны с ускорением старения.
Старение оказалось трудно определить, но большинство определений включают повышенную вероятность смерти и снижение репродуктивной способности с возрастом. Понимание роли нестабильности в этих процессах могло бы дать новое понимание того, как противодействовать негативным последствиям старения и возрастных заболеваний.
Последствия и будущие перспективы биологии
Открытие избирательно выгодной нестабильности (SAI) открывает захватывающие новые перспективы для биологических и медицинских исследований. Хотя нестабильность может способствовать адаптации и эволюции, с другой стороны, она может способствовать процессам, вредным для организма. Не говоря уже о последствиях в областях, явно далеких от биологии, таких как искусственный интеллект и проектирование сложных систем. Если нестабильность может быть выгодна клеткам, может ли она быть выгодна и другим типам искусственных «организмов»? Этот парадокс биологии может вдохновить на новые подходы к созданию адаптивных и устойчивых систем.
Новое понимание жизни
Идея о том, что хаос и нестабильность можно не только терпеть, но даже приносить пользу живым организмам, бросает вызов всем нашим убеждениям и открывает новые концептуальные горизонты. Самый глубокий урок, который мы можем извлечь из этого открытия, заключается в том, что жизнь гораздо сложнее и удивительнее, чем мы думали. «Правила», которые мы пытаемся навязать природе, всегда являются приближениями, обобщениями, охватывающими лишь часть реальности. И каждое новое открытие, подобное этому, напоминает нам, что всегда есть что-то новое, что можно узнать, какой-то парадокс, который нужно исследовать, какую-то тайну, которую нужно раскрыть.
Кто знает, какие еще сюрпризы готовит нам будущее, какие еще «правила» придется переписать или интегрировать. Единственная уверенность заключается в том, что наука будет продолжать исследовать, задавать вопросы. И мы вместе с ним будем продолжать удивляться и учиться.
