Taisyklės biologijoje: išimtys, dėsningumai ir evoliucinės nestabilumo svarba

Taisyklių vaidmuo biologijoje: kaip naršyti tarp išimčių ir dėsnių

Mokslinėse disciplinose – nuo astrofizikos iki kvantinės mechanikos – universalios taisyklės ir dėsniai suteikia pagrindą natūralaus pasaulio pažinimui. Tačiau biologijoje situacija unikali: gyvi organizmai dažnai ignoruoja griežtas taisykles dėl itin sudėtingos ir įvairios gyvybės prigimties. Dėl to biologijoje labiau remiamasi bendromis tendencijomis ar apibendrinimais, tokiais kaip Aleno dėsnis (susiejantis šiltakraujų gyvūnų kūno formas su klimatu) ar Bergmano dėsnis (teigiantis, kad vėsesniuose regionuose paplitę didesni kūno dydžiai). Vis dėlto net šios ilgai pripažintos biologinės taisyklės turi daugybę išimčių, atspindinčių evoliucijos nulemtą prisitaikymą ir įvairovę.

Nauja evoliucijos taisyklė: selektyviai naudingo nestabilumo principas

Pastaruoju metu Pietų Kalifornijos universiteto (USC) tyrėjų komanda pristatė drąsią naujovę biologijos taisyklių arsenale. Jų pasiūlytas „selektyviai naudingas nestabilumas“ (SAI) keičia požiūrį į vyraujančią nuostatą, kad ląstelių stabilumas visuomet yra privalumas. Stabilumas gamtoje dažnai užtikrina veiksmingas struktūras – pavyzdžiui, šešiakampės korio formos bitėse ar vabzdžių akyse – tačiau naujasis principas pabrėžia situacijas, kada instabilumas tampa esmine biologinių sistemų varomąja jėga.

Status quo pokyčiai: kada nestabilumas tampa pranašumu

Kaip nurodo Dr. John Tower, USC molekulinės biologijos mokslininkas ir pagrindinis naujo tyrimo autorius, net pačios paprasčiausios ląstelės nuolat ardo ir vėl sintetina baltymus bei nukleorūgštis per specializuotus fermentus. „Net ir paprasčiausios ląstelės turi proteazių ir nukleazių, reguliariai skaido bei pakeičia savo baltymus ir RNR, o tai rodo, kad SAI yra būtinas gyvybei“, aiškina Tower. Ši nuolatinė apykaita leidžia ląstelių populiacijoje egzistuoti tiek įprastiems, tiek mutuotiems genams. Tam tikrais atvejais toks genetinis kintamumas sustiprina prisitaikymą – įprasti genai tinka vienai ląstelių būsenai, tuo tarpu mutacijos gali būti palankios kitomis aplinkybėmis.

Biologinis nestabilumas ir evoliucinis prisitaikymas

Selektyviai naudingo nestabilumo reiškinys sudaro sąlygas greitai adaptacijai. Sąmoningai trumpinant baltymų ir genų gyvavimo trukmę, nuolat atsiranda nauja įvairovė, leidžianti organizmams sėkmingiau prisitaikyti prie kintančių aplinkos sąlygų. SAI skatina įvairovę molekuliniu lygmeniu, kas galiausiai gali lemti didesnį atsparumą ir sėkmę evoliucijoje.

Genetinio kaitos „dviašmenis kardas“

Vis dėlto SAI turi ir trūkumų. Nuolatinis biologinių komponentų ardymas ir sintezė, kuri sunaudoja daug energijos, gali sukelti žalingas mutacijas ir ląstelių pažeidimus, prisidėdama prie senėjimo ir funkcijų silpnėjimo. USC tyrimas nurodo: „Senėjimą sunku apibrėžti, bet dažniausiai jis apima didesnę mirties riziką ir mažesnį reprodukcinį pajėgumą su amžiumi. SAI gali sukelti replikatoriui kainą – energijos ar medžiagos sąnaudų pavidalu, o ši kaina gali būti siejama su senėjimo skatinimu.“

SAI sąsajos su platesnėmis mokslo idėjomis

SAI įrodymų aptinkama ne tik ląstelių biologijoje. Panašūs reiškiniai matomi chaoso teorijoje, kuri nagrinėja sudėtingų sistemų nenuspėjamą, bet dėsningą elgseną, ir teorijose apie „ląstelių sąmonę“. Tai pabrėžia, kad selektyvus nestabilumas – ne išimtis, o fundamentali gyvenimo dalis.

Išvada

Naujai išgrynintas selektyviai naudingo nestabilumo principas gali pakeisti mokslininkų požiūrį į prisitaikymą ir ilgaamžiškumą. Nestabilumas genetiniame ir molekuliniame lygmenyje – ne vien klaidų ar irimo šaltinis, bet svarbus inovacijų, įvairovės ir evoliucinės sėkmės variklis. Tęsiant SAI tyrimus, ši paradoksali taisyklė gali atverti naują supratimą apie senėjimą, ligas ir ateities evoliucinės biologijos galimybes.