每個生物過程都在很大程度上取決于溫度。從分子到生态系統,從每一個環境,非常小,非常大,以及其間的每一個尺度都是如此。
到目前為止,還缺乏描述生命如何依賴于溫度的一般理論。在《美國國家科學院院刊》上發表的一篇論文中,由聖菲研究所博士後何塞·伊格納西奧·阿羅約(Jose Ignacio Arroyo)領導的研究人員介紹了一個簡單的框架,該框架嚴格預測了溫度如何在所有尺度上影響生物。
聖地亞哥卡托利卡天主教大學的生态學家巴勃羅·馬奎特說:“這是非常基本的。”。阿羅約的博士論文顧問馬奎特也參與了該模型的研究。“你可以将其應用到幾乎所有受溫度影響的過程中。我們希望這将是一個裡程碑式的貢獻。”
馬奎特指出,這種理論可以幫助研究人員在一系列領域做出準确預測,包括對氣候變化的生物反應、傳染病的傳播和糧食生産。
馬奎特說,以前試圖概括溫度對生物學的影響,但缺乏新模型所包含的“全局”含義。例如,生物學家和生态學家經常使用阿倫尼烏斯方程來描述溫度如何影響化學反應速率。這種方法成功地模拟了溫度對某些生物過程的影響,但不能完全解釋其他許多生物過程,包括代謝和生長速率。
阿羅約最初着手開發一個通用的數學模型來預測生物學中任何變量的行為。然而,他很快意識到,溫度是一種通用的預測因子,可以指導新模型的開發。他從描述酶動力學的化學理論開始,但通過一些補充和假設,他将模型從量子分子水平擴展到更大的宏觀尺度。
重要的是,該模型結合了早期嘗試中缺乏的三個要素。首先,就像它在化學中的對應物一樣,它來源于第一原理。其次,該模型的核心是一個單一、簡單的方程,隻有幾個參數。(大多數現有模型需要大量假設和參數。)第三,“這是普遍的,因為它可以解釋任何環境中任何微生物或任何分類群的模式和行為,”他說。不同過程、分類群和尺度的所有溫度響應崩潰為相同的一般函數形式。
“我認為,我們系統化溫度響應的能力有可能揭示生物過程中的新統一,以解決各種争議,”舊金山金融學院教授克裡斯·肯佩斯說,他與舊金山金融學院教授傑弗裡·韋斯特一起幫助該團隊将量子尺度連接到經典尺度。
PNAS論文描述了新模型的預測,該模型與各種現象的經驗觀察相一緻,包括昆蟲的代謝率、苜蓿的相對發芽率、細菌的生長率和果蠅的死亡率。
Arroyo說,在未來的出版物中,該組織計劃從這個模型中得出新的預測,其中許多預測是計劃首次出版的。“報紙隻是變得太大了,”他說。
,更多精彩资讯请关注tft每日頭條,我们将持续为您更新最新资讯!