Ученые обнаружили скрытый универсальный закон, ограничивающий рост жизни

Исследователи из Института науки о Земле и жизни (ELSI) в Токио открыли новый принцип биологии, математически объясняющий феномен «закона убывающей отдачи» в росте живых организмов. «Принцип глобального ограничения» показывает, что клеточный рост формируется сложной сетью взаимодействующих ограничений: когда один лимитирующий фактор (например, питательное вещество) устраняется, другие ограничения — производство ферментов, объём клетки или мембранное пространство — начинают доминировать, последовательно замедляя рост.

Принцип объединяет два фундаментальных закона биологии: уравнение Моно (описывающее рост микробов) и закон минимума Либиха (рост ограничен самым дефицитным ресурсом). Исследователи создали «ступенчатую бочку» модель, где новые ограничивающие факторы появляются поэтапно по мере увеличения доступности питательных веществ. Крупномасштабные компьютерные модели кишечной палочки (Escherichia coli), учитывающие использование белков, внутриклеточную тесноту и физические пределы мембран, точно предсказали наблюдаемое замедление роста при добавлении питательных веществ.

Это открытие предлагает новый каркас для понимания того, как жизнь растёт без необходимости моделировать каждую молекулу или реакцию. Принцип может иметь далеко идущие приложения: от более эффективного микробного производства в биотехнологии и повышения урожайности сельскохозяйственных культур до более надёжных моделей прогнозирования реакции экосистем на изменение климата, продвигая науку к универсальному каркасу понимания пределов роста жизни.