En molekylärbiolog vid USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences kan ha hittat en ny "biologiregel."
En biologiregel, ibland kallad en biologisk lag, beskriver ett erkänt mönster eller truism bland levande organismer. Allens regel säger till exempel att bland varmblodiga djur har de som finns i kallare områden kortare, tjockare lemmar (för att spara kroppsvärme) än de i varmare områden, som behöver mer kroppsyta för att avleda värme.
Zoologen Joel Allen formulerade denna idé 1877, och även om han inte var den första eller den siste som presenterade en biologiregel, är hans en av bara en handfull som har fått acceptans bland forskare.
Nu tror John Tower, professor i biologiska vetenskaper vid USC Dornsife, att han har upptäckt en annan biologiregel. Han publicerade sin idé den 16 maj i tidskriften Frontiers in Aging .
Towers regel utmanar sedan länge föreställningar om att de flesta levande organismer föredrar stabilitet framför instabilitet eftersom stabilitet kräver mindre energi och färre resurser. Till exempel förekommer hexagoner ofta i naturen – tänk bikakor och insektsögon – eftersom de är stabila och kräver minsta möjliga mängd material för att täcka en yta.
Tower centrerar sin regel om instabilitet, specifikt ett koncept som kallas "selektivt fördelaktig instabilitet" eller SAI, där viss flyktighet i biologiska komponenter, såsom proteiner och genetiskt material, ger en fördel för celler.
Tower anser att SAI är en grundläggande del av biologin. "Även de enklaste cellerna innehåller proteaser och nukleaser och degraderar regelbundet och ersätter deras proteiner och RNA, vilket indikerar att SAI är avgörande för livet", förklarar han.
Han säger att SAI också spelar en nyckelroll i evolutionen.
När celler utför sina verksamheter, bygger och försämrar olika instabila komponenter, förklarar han, kommer de att existera i ett av två tillstånd – ett tillstånd med en instabil komponent närvarande och ett tillstånd där den instabila komponenten är frånvarande.
Naturligt urval kan agera olika på de två celltillstånden. "Detta kan gynna upprätthållandet av både en normal gen och en genmutation i samma cellpopulation, om den normala genen är gynnsam i ett celltillstånd och genmutationen är gynnsam i det andra celltillståndet", säger han. Att tillåta denna genetiska mångfald kan göra celler och organismer mer anpassningsbara.
Selektivt fördelaktig instabilitet kan också bidra till åldrande. Att skapa och sedan ersätta de instabila komponenterna i celler sker på bekostnad av material och energi. Att bryta ner det kan också kräva ytterligare energi.
Dessutom, eftersom SAI sätter upp två potentiella tillstånd för en cell, vilket tillåter normala och muterade gener att samexistera, om den muterade genen är skadlig, kan detta bidra till åldrande, säger Tower.
Förutom evolution och åldrande har SAI andra långtgående konsekvenser.
"Vetenskapen har på sistone fascinerats av begrepp som kaosteori, kritik, Turing-mönster och "cellulärt medvetande", säger Tower. "Forskning på fältet tyder på att SAI spelar en viktig roll för att producera vart och ett av dessa fenomen."
På grund av dess uppenbara allestädes närvarande inom biologi och dess långtgående implikationer, kan SAI vara den nyaste regeln inom biologi, säger han.
Mer information: John Tower, Selektivt fördelaktig instabilitet i biotiska och prebiotiska system och implikationer för evolution och åldrande, Frontiers in Aging (2024). DOI:10.3389/fragi.2024.1376060
Tillhandahålls av University of Southern California
