Tokio Elm İnstitutu tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriTerraslı Liebig bareli: Müxtəlif resursların ayrılması hüceyrə böyüməsi kinetikasını təyin edən qlobal məhdudiyyət prinsipi konsepsiyasının vizuallaşdırılması. Kredit: JF Yamagishi və TS Hatakeyama, PNAS (2025)

Tokio, Yaponiya Elmlər İnstitutunun Yer-Həyat Elmləri İnstitutunun (ELSI) aliminin də daxil olduğu tədqiqat qrupu biologiyada qida maddələri daha çoxaldıqca orqanizmlərin böyüməsinin niyə yavaşladığını riyazi olaraq izah edən yeni bir prinsip müəyyən etdi – bu, gəlirlərin azalması qanunu kimi tanınan bir fenomendir.

Tədqiqat Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalında dərc olunub .

Canlı orqanizmlərin müxtəlif qida mühitləri altında necə böyüdüyünü anlamaq uzun müddət biologiyada mərkəzi sual olmuşdur. Mikroblar, bitkilər və heyvanlar arasında böyümə qida maddələrinin , enerjinin və hüceyrə mexanizmlərinin mövcudluğu ilə formalaşır .

Geniş tədqiqatlar bu məhdudiyyətləri araşdırsa da, əksər tədqiqatlar yalnız fərdi qida maddələrinə və ya xüsusi biokimyəvi reaksiyalara diqqət yetirir və daha geniş bir sualı cavabsız qoyur: mürəkkəb, bir-biri ilə əlaqəli hüceyrə prosesləri məhdud şəraitdə böyüməni kollektiv şəkildə necə tənzimləyir?

Qlobal məhdudiyyət prinsipinin təqdim edilməsi

Bunu həll etmək üçün ELSI-nin Xüsusi Təyin olunmuş Dosenti Tetsuhiro S. Hatakeyama və RIKEN-in Xüsusi Postdoctoral Tədqiqatçısı Jumpei F. Yamaqishidən ibarət tədqiqat qrupu, resursların məhdud olduğu zaman bütün canlı hüceyrələrin böyüməni necə tənzimlədiyini izah edən birləşdirici prinsip kəşf etdi.

Onların tədqiqatı mikrob artımı üçün qlobal məhdudiyyət prinsipini təqdim edir, bu konsepsiya elm adamlarının bioloji sistemlərin öyrənilməsinə yanaşma tərzini dəyişdirə bilər.

Təxminən səkkiz onillik ərzində tədqiqatçılar mikrob artımını təsvir etmək üçün 1940-cı illərdə tərtib edilmiş mikrobiologiyada Monod tənliyinə istinad etmişlər.

Monod tənliyinə görə, böyümə sürəti sabit böyüməyə çatmazdan əvvəl qida maddələrinin artması ilə artır. Bununla belə, model güman edir ki, yalnız bir qida və ya biokimyəvi reaksiya mikrob artımını məhdudlaşdırır. Əslində, hüceyrələr bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan minlərlə kimyəvi proses həyata keçirir və hamısı eyni məhdud resurslar üçün rəqabət aparır.

Komandanın fikrincə, Monod tənliyi şəklin yalnız bir hissəsini çəkir. Tək bir darboğazdan daha çox, hüceyrə böyüməsi birlikdə hərəkət edən məhdudiyyətlər şəbəkəsi ilə formalaşır və bu, tamamilə fərqli bir səbəbdən qaynaqlansa da, böyümə sürətlərinin tanış düzləşməsi ilə nəticələnir.

Qlobal məhdudiyyət prinsipi izah edir ki, bir qida daha çox olduqda, fermentin mövcudluğu, hüceyrə həcmi və ya membran tutumu kimi digər amillər böyüməni məhdudlaşdırmağa başlayır.

Hüceyrələrin öz resurslarını necə idarə etdiyini modelləşdirən “məhdudiyyətə əsaslanan modelləşdirmə” adlı metoddan istifadə edən komanda, daha çox qida əlavəsinin həmişə mikrobların böyüməsinə kömək etdiyini, lakin hər bir əlavə qidanın böyüməyə əvvəlkindən daha az təsir etdiyini göstərdi.

“Böyümə əyrilərinin forması hər hansı bir xüsusi biokimyəvi reaksiyadan asılı deyil, birbaşa hüceyrələr içərisində resurs bölgüsü fizikasından yaranır” deyir Hatakeyama.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1762940681&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-11-limits-life-growth-principle-hints.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&aicrs=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQxLjAuNzM5MC4xMjMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MS4wLjczOTAuMTIzIl0sWyJOb3Q_QV9CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTQxLjAuNzM5MC4xMjMiXV0sMF0.&abgtt=6&dt=1762940681349&bpp=1&bdt=142&idt=51&shv=r20251110&mjsv=m202511060101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1762940465%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1762940465%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1762940465%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2602816346461&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2740&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31095753%2C95376583%2C95376709%2C95377330%2C95377921%2C31095731%2C42533294%2C95376120&oid=2&pvsid=3509882740287179&tmod=277370668&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&plas=596x848_l%7C596x848_r&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=141

Klassik qanunları və yeni modelləri birləşdirin

Bu yeni prinsip iki klassik bioloji qanunu birləşdirir: mikrob artımını təsvir edən Monod tənliyi və bitkinin böyüməsinin azot və ya fosfor kimi ən qısa tədarükdə olan qida ilə məhdudlaşdığını ifadə edən minimum qanunu. Başqa sözlə, bir bitki ən çox qida maddəsinə malik olsa belə, o, yalnız ən qıt qidanın imkan verdiyi qədər inkişaf edə bilər.

Tədqiqatçılar bu anlayışları birləşdirərək “terraslı çəllək” modelini yaradıblar. Bu modeldə qida maddələri artdıqca müxtəlif məhdudlaşdırıcı amillər ardıcıl olaraq təsir göstərir. Bu, həm mikrobların, həm də daha yüksək orqanizmlərin nə üçün azalan gəlirlər göstərdiyini və daha çox qida əlavə edildikdə belə böyümənin yavaşladığını izah edir, çünki yeni məhdudlaşdırıcı amil dominant olur.

Hatakeyama öz nəzəriyyəsini Liebig çəlləyinin yenilənmiş versiyasına bənzədir, burada bir bitki yalnız ən qısa çubuqunun (yəni, ən məhdud qida maddəsinin) imkan verdiyi qədər böyüyə bilər.

“Bizim modelimizdə barel çubuqları addım-addım yayılır” deyə izah edir, “hər bir addım hüceyrə daha sürətli böyüdükcə aktivləşən yeni məhdudlaşdırıcı amili təmsil edir”.

Nəzəriyyənin kompüter modelləri ilə sınaqdan keçirilməsi

Nəzəriyyələrini sınamaq üçün komanda Escherichia coli-nin iri miqyaslı kompüter modellərindən istifadə edib, bu modellərə hüceyrələrin zülallardan necə istifadə etməsi, onların məkanda necə yığılması və membranlarının imkanları daxildir. Simulyasiyalar daha çox qida əlavə edildiyi üçün böyümənin proqnozlaşdırılan yavaşlamasını göstərdi və oksigen və ya azot səviyyələrinin böyümə modellərinə necə təsir etdiyini ortaya qoydu. Nəticələr modelin düzgünlüyünü təsdiqləyən laboratoriya təcrübələri ilə yaxşı uyğunlaşdı.

Kəşf həyatın bütün formaları üzrə böyüməyə baxmaq üçün yeni perspektiv təqdim edir. Fərqli prinsipləri birləşdirən qlobal məhdudiyyət prinsipi hər bir molekulu ətraflı şəkildə modelləşdirməyə ehtiyac olmadan mürəkkəb bioloji davranışları izah edir.

“Bizim işimiz böyümənin universal qanunları üçün zəmin yaradır” deyir Yamaqişi. “Bütün canlı sistemlərə aid olan məhdudiyyətləri dərk etməklə biz hüceyrələrin, ekosistemlərin və hətta bütün biosferlərin dəyişən mühitə necə reaksiya verəcəyini daha yaxşı təxmin edə bilərik.”

Biologiya və ondan kənara təsirlər

Tədqiqatın əhəmiyyəti əsas biologiyadan kənara çıxır. O, sənayedə mikrob istehsalını yaxşılaşdırmağa, məhdudlaşdıran qida maddələrini dəqiq müəyyənləşdirməklə məhsul məhsuldarlığını artırmağa və dəyişən iqlim şəraitində ekosistemin reaksiyaları ilə bağlı proqnozlara rəhbərlik etməyə kömək edə bilər.

Gələcək tədqiqatlar prinsipin müxtəlif orqanizmlərə necə tətbiq olunduğunu və çoxsaylı qida maddələrinin birlikdə istifadə olunma üsulunu araşdırmağa kömək edə bilər. Mikrob biologiyasını ekoloji nəzəriyyə ilə birləşdirərək, bu tədqiqat həyatın böyüməsinin sərhədlərini başa düşmək üçün universal təmələ doğru böyük bir addım atır.

Daha çox məlumat: Jumpei F. Yamagishi et al, Mikrob artım qanunları üçün qlobal məhdudiyyət prinsipi, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2025). DOI: 10.1073/pnas.2515031122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Tokio Elm İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir