새로운 모델은 온도가 양자에서 고전 규모에 이르기까지 생명체에 어떤 영향을 미치는지 예측합니다.

새로운 모델은 온도가 양자에서 고전 규모에 이르기까지 생명체에 어떤 영향을 미치는지 예측합니다.
날짜:
2022년 7월 19일
원천:
산타페 연구소
요약:
새로운 이론은 모든 과정이 온도에 어떻게 의존하는지 설명합니다. 이 이론은 연구자들이 기후 변화에 대한 생물학적 반응, 전염병의 확산, 식량 생산을 포함한 다양한 영역에서 정확한 예측을 하는 데 도움이 될 수 있습니다.

모든 생물학적 과정은 온도에 크게 의존합니다. 분자에서 생태계에 이르기까지 모든 환경에 걸쳐 매우 작은 것, 매우 큰 것, 그리고 그 사이의 모든 규모에 해당합니다.

생명이 온도에 의존하는 방식을 설명하는 일반 이론은 지금까지 부족했습니다. 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재된 논문에서 산타페 연구소 박사후 연구원인 Jose Ignacio Arroyo가 이끄는 연구원들은 온도가 모든 규모에서 생명체에 미치는 영향을 엄격하게 예측하는 간단한 프레임워크를 소개합니다.

"그것은 매우 기본적입니다."라고 산티아고에 있는 Pontifica Universidad Catolica de Chile의 생태학자인 SFI 외부 교수 Pablo Marquet는 말합니다. Marquet, Arroyo's Ph.D. 논문 고문, 또한 모델에서 일했습니다. "온도의 영향을 받는 거의 모든 프로세스에 이것을 적용할 수 있습니다. 획기적인 기여가 되기를 바랍니다."

Marquet은 그러한 이론이 연구자들이 기후 변화에 대한 생물학적 반응, 전염병의 확산, 식량 생산을 포함한 다양한 영역에서 정확한 예측을 하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.

생물학에 대한 온도의 영향을 일반화하려는 이전의 시도는 새로운 모델에 내장된 "큰 그림"의 의미가 부족하다고 Marquet는 말합니다. 예를 들어 생물학자와 생태학자는 온도가 화학 반응 속도에 미치는 영향을 설명하기 위해 종종 Arrhenius 방정식을 사용합니다. 그 접근 방식은 온도가 일부 생물학적 과정에 어떻게 영향을 미치는지 대략적으로 추정하지만 신진대사 및 성장률을 포함한 다른 많은 과정을 완전히 설명할 수는 없습니다.

Arroyo는 처음에 생물학에서 모든 변수의 행동을 예측하기 위한 일반적인 수학적 모델을 개발하기 시작했습니다. 그러나 그는 온도가 일종의 보편적인 예측 변수이며 새로운 모델의 개발을 안내할 수 있다는 것을 빨리 깨달았습니다. 그는 효소의 역학을 설명하는 화학 이론으로 시작했지만 몇 가지 추가 및 가정을 통해 모델을 양자 분자 수준에서 더 큰 거시적 규모로 확장했습니다.

중요한 것은 이 모델은 이전 시도에서 부족한 세 가지 요소를 결합한다는 것입니다. 첫째, 화학의 대응물과 마찬가지로 첫 번째 원칙에서 파생됩니다. 둘째, 모델의 핵심은 몇 가지 매개변수만 있는 단일하고 간단한 방정식입니다. (대부분의 기존 모델은 과도한 가정과 매개변수를 필요로 합니다.) 셋째, "어떤 환경의 미생물이나 분류군의 패턴과 행동을 설명할 수 있다는 점에서 보편적입니다"라고 그는 말합니다. 다른 프로세스, 분류군 및 규모에 대한 모든 온도 반응은 동일한 일반 기능 형태로 축소됩니다.

"온도 반응을 체계화하는 우리의 능력은 다양한 논쟁을 해결하기 위해 생물학적 과정의 새로운 통합을 밝힐 잠재력이 있다고 생각합니다."라고 SFI 교수인 Geoffrey West와 함께 팀이 양자를 연결하는 데 도움을 준 SFI 교수 Chris Kempes가 말했습니다. -고전적인 저울.

PNAS 논문은 곤충의 대사율, 알팔파의 상대적 발아율, 박테리아의 성장률, 초파리의 사망률을 포함한 다양한 현상의 경험적 관찰과 일치하는 새로운 모델의 예측을 설명합니다.

Arroyo는 향후 출판물에서 이 그룹이 이 모델에서 새로운 예측을 도출할 계획이라고 밝혔습니다. 그는 “종이가 너무 커지고 있었다”고 말했다.