Когда энергии и питательных веществ предостаточно, бактерия восстанавливает себя, синтезируя новые части для создания близнеца, а затем разделяется настолько быстро, насколько позволяют условия. Но если ресурсы сокращаются, сокращаются и темпы роста. Клетка отвечает, переключая свои истощающиеся запасы с репликации на восстановление, останавливая процессы до тех пор, пока она не запустит костяк команды, чтобы выжить. Ниже критического уровня все кончено.
Исследование нижней границы энергии, необходимой для жизни, помогает нам понять экологические ограничения для других планетарных тел в нашей Солнечной системе, а также для нашей собственной, объясняет научный сотрудник SFI Omidyar Крис Кемпес, изучающий биологическую архитектуру с прицелом на общее масштабирование. принципы.
Он и группа исследователей недавно установили, как общий и поддерживающий (т.е. ремонтный) метаболизм определяют скорость роста клеток. Последующая работа показала, как соотношение клеточных компонентов, в частности РНК, рибосом, белков и числа копий каждого типа белка, изменяется с размером клетки.
Его последнее исследование, в котором участвуют исследователи SFI Эрик Либби и Дэвид Вулперт, фокусируется на минимальных потребностях в энергии. Анализируя бюджеты обслуживания и клеточные процессы у разных видов и размеров бактерий, они обнаружили отчетливые тенденции по всему спектру и одну удивительную константу.
Самые маленькие виды содержат наибольшее количество белка. Соответственно, они тратили большую часть (иногда почти всю) своей энергии на восстановление белков и лишь малую часть на репликацию. По мере увеличения размера клетки доля белков уменьшается, а концентрация РНК растет. Следовательно, большая часть бюджета обслуживания тратится на восстановление РНК, но в более крупных клетках репликация занимает все большую часть общего энергетического бюджета, что в конечном итоге ограничивает количество самых крупных бактерий.
Что удивило исследователей, так это то, как «в течение смены мы обнаружили постоянную стоимость обслуживания на единицу объема», - говорит Кемпес. «Мы знали, что общее техническое обслуживание является линейным, но это безумие, как все различные компоненты ячейки умудряются совмещать это». Затем он надеется применить структуру этой статьи для понимания поддерживающего метаболизма на основе размера к вопросам жестких ограничений и селективного давления на выживание клеток.