Wetenschap
Mogelijk is er een nieuwe biologieregel aan het licht gekomen, die het inzicht in evolutie en veroudering vergroot
Een moleculair bioloog aan het USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences heeft mogelijk een nieuwe ‘regel van de biologie’ gevonden.
Een biologische regel, ook wel een biologische wet genoemd, beschrijft een erkend patroon of waarheid onder levende organismen. De regel van Allen stelt bijvoorbeeld dat onder warmbloedige dieren de dieren die in koudere gebieden voorkomen, kortere en dikkere ledematen hebben (om de lichaamswarmte vast te houden) dan die in de warmere gebieden, die meer lichaamsoppervlak nodig hebben om de warmte af te voeren.
Zoöloog Joel Allen formuleerde dit idee in 1877, en hoewel hij niet de eerste of de laatste was die een biologische regel presenteerde, is hij een van de weinige die aanvaard wordt onder wetenschappers.
Nu gelooft John Tower, hoogleraar biologische wetenschappen aan USC Dornsife, dat hij een andere regel van de biologie heeft ontdekt. Hij publiceerde zijn idee op 16 mei in het tijdschrift Frontiers in Aging .
Het leven kan instabiliteit vereisen
De regel van Tower daagt de lang gekoesterde opvattingen uit dat de meeste levende organismen stabiliteit verkiezen boven instabiliteit, omdat stabiliteit minder energie en minder hulpbronnen vereist. Zeshoeken komen bijvoorbeeld vaak voor in de natuur (denk aan honingraten en insectenogen) omdat ze stabiel zijn en de minste hoeveelheid materiaal nodig hebben om een oppervlak te bedekken.
Tower concentreert zijn regel op instabiliteit, in het bijzonder een concept dat 'selectief voordelige instabiliteit' of SAI wordt genoemd, waarbij enige volatiliteit in biologische componenten, zoals eiwitten en genetisch materiaal, een voordeel oplevert voor cellen.
Tower gelooft dat SAI een fundamenteel onderdeel is van de biologie. "Zelfs de eenvoudigste cellen bevatten proteasen en nucleasen en breken en vervangen regelmatig hun eiwitten en RNA's, wat aangeeft dat SAI essentieel is voor het leven", legt hij uit.
Hij zegt dat SAI ook een sleutelrol speelt in de evolutie.
Terwijl cellen hun werk doen en verschillende onstabiele componenten opbouwen en afbreken, legt hij uit, zullen ze in twee toestanden bestaan:één toestand waarin een onstabiele component aanwezig is en één toestand waarin de onstabiele component afwezig is.
Natuurlijke selectie kan verschillend werken op de twee celtoestanden. "Dit kan het behoud van zowel een normaal gen als een genmutatie in dezelfde celpopulatie bevorderen, als het normale gen gunstig is in de ene celstaat en de genmutatie gunstig is in de andere celstaat", zegt hij. Door deze genetische diversiteit mogelijk te maken, kunnen cellen en organismen zich beter aanpassen.
SAI ligt mogelijk aan de basis van veroudering – en meer
Selectief voordelige instabiliteit kan ook bijdragen aan veroudering. Het creëren en vervolgens vervangen van de onstabiele componenten in cellen gaat ten koste van materialen en energie. Het afbreken ervan kan ook extra energie vergen.
Omdat SAI twee mogelijke toestanden voor een cel creëert, waardoor normale en gemuteerde genen naast elkaar kunnen bestaan, kan dit, als het gemuteerde gen schadelijk is, bijdragen aan veroudering, zegt Tower.
Naast evolutie en veroudering heeft SAI nog andere verstrekkende implicaties.
"De wetenschap is de laatste tijd gefascineerd door concepten als chaostheorie, kriticiteit, Turing-patronen en 'cellulair bewustzijn', zegt Tower. "Onderzoek in het veld suggereert dat SAI een belangrijke rol speelt bij het voortbrengen van elk van deze verschijnselen."
Vanwege de schijnbare alomtegenwoordigheid ervan in de biologie en de verstrekkende implicaties ervan, is SAI misschien wel de nieuwste regel in de biologie, zegt hij.