Нова теорія пояснює, як звичайна температура впливає на фізичні процеси. Дослідники стверджують, що можуть прогнозувати біологічні реакції на зміну клімату, поширення інфекційних захворювань і виробництво продуктів харчування.
Будь-який біологічний процес значною мірою залежить від температури. Це стосується як молекул, так і живих організмів та екологічних систем.
Загальної теорії, що описує залежність життя від температури, досі не було. В статті, опублікованій у Proceedings of the National Academy of Sciences, біологи під керівництвом Хосе Ігнасіо Арройо, постдокторанта Інституту Санта-Фе, представили схему, яка демонструє, як температура впливає на живі організми.
"Теорія фундаментальна, - каже професор SFI Пабло Марке, еколог Понтифікального католицького університету, Сантьяго. - Її можна застосувати практично до будь-якого процесу, на який впливає температура".
Попереднім спробам узагальнити вплив температури на біологію не вистачало "масштабних" наслідків, закладених у новій моделі, каже Марке.
Біологи та екологи часто використовують рівняння Арреніуса, наприклад, для опису впливу температури на швидкість хімічних реакцій. Такий підхід пояснює низку біологічних процесів, але він не враховує метаболізм і швидкість росту.
Спочатку Арройо хотів розробити загальну математичну модель, що дає змогу передбачити поведінку вихідної змінної в умовній біологічній системі. Однак він швидко зрозумів, що температура є свого роду універсальним предиктором і може слугувати керівництвом для розробки нової моделі.
Він почав із хімічної теорії, що описує кінетику ферментів, але за допомогою кількох доповнень і припущень розширив модель із квантово-молекулярного рівня до більших, макроскопічних масштабів.
Важливо, що модель поєднує в собі три елементи, відсутні в попередньому теоретичному досвіді.
- По-перше, як і її аналог у хімії, вона заснована на перших принципах.
- По-друге, в основі моделі лежить одне просте рівняння з невеликою кількістю параметрів. (Більшість наявних моделей вимагають безлічі припущень і параметрів).
- По-третє, "вона універсальна в тому сенсі, що може пояснити моделі та поведінку будь-яких мікроорганізмів або будь-яких таксонів у будь-якому середовищі", - пояснює вчений.
Усі температурні реакції для різних процесів, таксонів і масштабів зводяться до одного й того ж функціоналу.
"Я думаю, що наша здатність систематизувати температурні реакції має потенціал для виявлення нових уніфікацій у біологічних процесах", - стверджує професор SFI Кріс Кемп.
У статті PNAS описуються моделі, які узгоджуються з емпіричними спостереженнями різних явищ, включно зі швидкістю метаболізму комахи, відносною схожістю люцерни, швидкістю росту бактерії та смертністю плодової мушки.
У майбутніх публікаціях, за словами Арройо, група планує вивести нові передбачення - багато з них заплановані для першої публікації.
"Просто стаття була занадто великою", - пояснює він.
