December 10th, 2010

covtoc

DeLong et al., 2010

DeLong J.P., Okie J.G., Moses M.E., Sibly R.M., Brown J.H. Shifts in metabolic scaling, production, and efficiency across major evolutionary transitions of life // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2010. 107(29): 12941-12945.

В основе теории метаболического скейлинга лежит предположение о базовой зависимости уровня метаболизма от размеров организма. Такая зависимость полагается степенной (с показателем степени меньше единицы) и единой для самого широкого круга организмов.

В данной работе авторы поставили под сомнение вопрос о единстве скейлинговых показателей для групп организмов, существенно отличающихся планом организации, в частности – прокариот, одноклеточных эукариот-протистов и многоклеточных (специально рассматривались мелкие морские животные). Непосредственно анализировались уровень метаболизма, скорость роста популяции и эффективность производства биомассы.

Главный результат состоит в том, что в трех группах скейлинг присутствует, но существенно отличается: у прокариот коэффициент а районе 2, то есть метаболизм демонстрирует взрывной рост с увеличением размеров, у протистов скейлинг линейный (коэффициент в районе единицы), то есть метаболизм прямо пропорционален размеру, а у многоклеточных рост метаболизма замедляется с ростом размера и коэффициент меньше единицы, что соответствует стандартной модели.

Такое разное поведение в трех группах обсуждается с позиций эволюции энергетики. Высказывается гипотеза о том, что внутри рассмотренных групп и их планов строения действуют разные механизмы и ограничители. У прокариот с ростом объема растет размер генома и число кодирующих генов, что увеличивает разнообразие энзимов и усложняет метаболическую сеть, которая может работать с большим числом метаболитов. Ограничителем здесь служит поверхность мембраны, на которой расположены дыхательные комплексы и белки-насосы. У протистов процессы дыхания локализованы на мембранах митохондрий, количество которых пропорционально объему, отсюда и линейный скейлинг. Ограничителем здесь служит расстояние транспорта метаболитов, то есть расстояние от митохондрий до источника поступления (по сути – до внешней мембраны). У многоклеточных определяющим звеном становится транспортная система, распределяющая субстраты внутри организма, подробно описанная в модели Уэста, Брауна и Энквиста, которая обосновывает степенной скейлнг с показателем в районе 0.75.

P.S. Лично меня очень заинтересовали ссылки на применение nested ANOVA для выявления отличий в коэффициентах регрессии и на использование reduced major axis для фиттинга линейной зависимости.