Исследователи ищут нижние пределы жизни

Когда энергии и питательных веществ в избытке, бактерия восстанавливает себя, синтезирует новые части, чтобы создать двойника, и делится — настолько быстро, насколько позволяют условия. Но если ресурсы сокращаются, снижается и скорость роста. Клетка перенаправляет скудные запасы с репликации на ремонт, отключая процессы, пока не останется минимальный набор функций для выживания. Ниже критического уровня всё заканчивается.

Изучение нижней границы энергии, необходимой для жизни, помогает понять экологические ограничения на других планетах Солнечной системы и на Земле, объясняет Омидьяр-феллоу SFI Крис Кемпес, изучающий биологическую архитектуру с целью выявления общих принципов масштабирования.

Он и команда исследователей недавно установили, как общий и поддерживающий (т.е. ремонтный) метаболизм определяют скорость роста клетки. Последующая работа показала, как соотношения клеточных компонентов — в частности РНК, рибосом, белков и числа копий каждого типа белка — меняются с размером клетки.

Его последнее исследование, в котором участвуют исследователи SFI Эрик Либби и Дэвид Вольперт, сосредоточено на минимальных энергетических потребностях. Проанализировав затраты на поддержание жизнедеятельности и клеточные процессы у бактерий разных видов и размеров, они обнаружили чёткие тренды по всему спектру и одну неожиданную константу.

Самые мелкие виды обладают наибольшей плотностью белков. Соответственно, они тратят большую часть (иногда почти всю) своей энергии на ремонт белков и лишь малую часть — на репликацию. С увеличением размера клетки доля белков уменьшается, а концентрация РНК растёт. В результате большая часть бюджета на поддержание тратится на ремонт РНК — но у более крупных клеток репликация занимает всё большую долю общего энергетического бюджета, что в конечном итоге ограничивает размер самых крупных бактерий.

Исследователей удивило то, что «несмотря на все изменения, мы обнаружили постоянную стоимость поддержания на единицу объёма», — говорит Кемпес. «Мы знали, что общие затраты на поддержание линейны, но поразительно, как все различные клеточные компоненты в сумме дают именно это». Далее он надеется применить эту модель для понимания метаболизма поддержания в зависимости от размера к вопросам о жёстких ограничениях и факторах естественного отбора для выживания клетки.