Článek
Nejen svět fyziky má své uznávané zákony, také biologie se opírá o pravidla popisující vzorce vypozorované u živých organismů. Takovým je třeba Bergmannovo pravidlo, které uvádí, že teplokrevní živočichové žijící v teplých oblastech blíže rovníku jsou menší než jejich příbuzní v chladnějších oblastech. Podobně J. A. Allen formuloval pravidlo týkající se stavby těla teplokrevných živočichů, které konstatuje, že živočichové ve vyšších zeměpisných šířkách mají menší tělní výběžky (jako jsou uši, ocasy a zobáky) a kratší končetiny než jejich příbuzní v nižších zeměpisných šířkách. Tyto rozdíly opět souvisí s adaptací těla na klimatické podmínky ve snaze minimalizovat tepelné ztráty v chladném klimatu nebo zrychlit ochlazování krve v teplém prostředí.
Nyní molekulární biolog John Tower z Jihokalifornské univerzity v Los Angeles tvrdí, že objevil nové biologické pravidlo, které by mohlo objasnit základní procesy, jako je evoluce a stárnutí. Svou teorii nedávno zveřejnil v časopise Frontiers in Aging.
Výhody nestability
Towerovo pravidlo zpochybňuje dlouhodobě přijímaný názor, že většina živých organismů upřednostňuje stabilitu, protože ta vyžaduje méně energie a zdrojů. V přírodě se například často vyskytují šestiúhelníkové tvary, jako třeba v případě včelích pláství nebo složeného oka hmyzu, protože jsou stabilní a potřebují nejméně materiálu k pokrytí povrchu.
Tower ovšem klade do popředí princip zvaný „selektivně výhodná nestabilita“. Ten předpokládá, že určitá míra nestability a proměnlivosti biologických složek, jako jsou proteiny a genetický materiál, poskytuje buňkám výhody. Tato nestabilita umožňuje rychlou výměnu starých a poškozených buněčných komponent a jejich rozklad na stavební kameny, které lze použít k vytvoření nových struktur.
„I ty nejjednodušší buňky obsahují proteázy a nukleázy a pravidelně degradují a nahrazují své proteiny a RNA, což naznačuje, že selektivně výhodná nestabilita je pro život nezbytná,“ vysvětluje Tower v tiskové zprávě.
Dodává, že tento proces hraje klíčovou roli v evoluci. Díky neustálému proudu nestability mohou buňky existovat ve dvou různých stavech: buď s přítomnou nestabilní složkou, nebo bez ní. Přírodní výběr může ovlivňovat tyto dva stavy buněk různými způsoby.
„To může podpořit současnou existenci jak normálního genu, tak i genové mutace ve stejné populaci buněk, pokud je normální gen výhodný v jednom buněčném stavu a genová mutace je výhodná v opačném stavu,“ poznamenal Tower.
Právě tato genetická různorodost, která je důsledkem nestability, umožňuje buňkám a organismům adaptovat se a vyvíjet během svého života. Je to jako neustálý tanec mezi stabilitou a proměnlivostí, kde správná harmonie může vést k pozoruhodné odolnosti a flexibilitě.
I když se tedy stabilita může jevit jako kýžený cíl, je to právě nestabilita, která život posouvá kupředu a podněcuje bohatství jeho forem.
Enzym opravující vlákno DNA.
Odvrácená strana nestability
Selektivně výhodná nestabilita si však vybírá svou daň. Neustálý proces tvorby a obměny nestabilních složek v buňkách vyžaduje značné množství energie, což vyčerpává buněčné zdroje a může způsobit opotřebení buněčných mechanismů.
„Vytváření a následné nahrazování nestabilních složek v buňkách je spojeno s náklady na materiál a energii. Jejich odbourávání může také vyžadovat další energii,“ uvádí Tower.
Navíc tím, že vedle sebe mohou koexistovat normální a zmutované geny, vzniká riziko. Pokud je zmutovaný gen škodlivý, může přispívat k poškození a dysfunkci buněk, čímž urychluje proces stárnutí. Postupem času se hromadění škodlivých mutací může prohlubovat, což dále narušuje funkci buněk a vede k degeneraci tkání a orgánových systémů. Jde tak vlastně o dvousečnou zbraň, kdy selektivně výhodná nestabilita na jedné straně posiluje adaptaci a přežití v proměnlivém prostředí, ale zároveň zvyšuje riziko zranitelnosti, což může mít vliv na proces stárnutí a celkovou vitalitu buněk.
Důsledky pro vědu
Pole působnosti selektivně výhodné nestability přesahuje rámec evoluce a stárnutí. Tento koncept otevírá dveře k objasnění celé škály přírodních jevů a zákonitostí, od teorie chaosu a kritický stav přes Turingovy vzory až po buněčné vědomí. Tady všude zřejmě selektivně výhodná nestabilita hraje důležitou roli. Vzhledem k její zjevné všudypřítomnosti a dalekosáhlým vlivům se tak může stát nejnovějším pravidlem biologie. Tower doufá, že pokud se jeho teorie potvrdí, pomůže v budoucnu i při sestavování syntetických buněk.
Zdroj:
Zdroj: University of Southern California / muni.cz
Odkaz na časopis:
Tower, J. (2024). Selektivně výhodná nestabilita v biotických a prebiotických systémech a důsledky pro evoluci a stárnutí. Frontiers in Aging. doi.org/10.3389/fragi.2024.1376060
