Клетки расходуют скрытую нергию

08.01.2026

Энергия - ключевой ресурс любой живой системы, однако классические методы биохимии и физики далеко не всегда позволяют оценить все расходы, связанные с жизнью клетки. Недавно ученые предложили новый взгляд на метаболизм, показывая, что внутри каждой клетки существует "невидимая" энергетическая цена, которую мы традиционно не учитываем. Эта работа открывает новые горизонты в понимании того, почему эволюция выбирает одни биохимические пути, а другие - отбрасывает.

Новое исследование представляет собой термодинамический подход к оценке скрытых энергетических затрат клеточного метаболизма. Ученые обращают внимание на то, что жизнь требует энергии не только для очевидных процессов, таких как синтез молекул, но и для поддержания определенных реакций при одновременном подавлении альтернативных. В классической механике отсутствие движения воспринимается как отсутствие работы, однако стохастическая термодинамика, изучающая флуктуации энергии в малых системах, показывает, что даже в кажущейся "статике" клетки расходуют энергию на поддержание порядка.

По мнению авторов исследования, жизнь начинается с границ и выбора. Формирование клеточной мембраны создало разделение внутренней и внешней среды, которое требует постоянного энергетического обеспечения. Это разделение стало основой для ограничения химических реакций и концентрации энергии на нескольких ключевых метаболических путях, обеспечивая устойчивость и эффективность клеточной деятельности.

Метаболические пути клетки обладают не только прямой энергетической потребностью. Они несут дополнительные издержки, связанные с поддержанием желаемого направления реакций, которые классическая механика рассматривает как фиксированные условия и, следовательно, считает "бесплатными". Новое исследование показывает, что такая "экономия" иллюзорна, а реальные энергетические расходы гораздо выше, чем принято считать.

Команда под руководством Прафула Гаграни из Токийского университета предложила метод, позволяющий оценивать эти скрытые затраты. Метод ранжирует метаболические пути по их термодинамической стоимости, учитывая как поддержку одного пути, так и подавление других реакций. Это позволяет получить более точное представление о "цене" выбора клетки, чем традиционные энергетические оценки.

По словам Гаграни, вдохновением для работы стала работа Эрика Смита, который составил перечень всех возможных путей, способных воспроизвести цикл Кальвина. Смит показал, что естественный фотосинтетический цикл является одним из наименее диссипативных, что удивительно с точки зрения термодинамики. "Невероятно, не правда ли?" - добавляет Гаграни, подчеркивая, что эволюция действительно ищет пути с минимальными скрытыми затратами.

Новый подход не измеряет энергию напрямую, а оценивает маловероятность процесса, которая складывается из стоимости поддержания выбранного пути и стоимости ограничения альтернативных реакций. Совокупность этих факторов отражает реальную цену метаболического выбора, показывая, насколько сложно и дорого поддерживать жизнь на клеточном уровне.

"Мы обнаружили явления, которых не ожидали", - объясняет Гаграни. Например, параллельные пути метаболизма иногда оказываются менее затратными, но в живых системах катализ, токсичность и другие факторы изменяют этот баланс. Разработанный метод открывает новые возможности для изучения происхождения и эволюции жизни, хотя окончательные ответы потребуют объединения усилий биологов, физиков и химиков.

<< Назад: Беспроводные наушники JBL Soundgear CLIPS, Sense Pro и Sense Lite 09.01.2026

>> Вперед: Водородные поезда: экологичный транспорт будущего в Индии 08.01.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Телескоп Эвклид раскрыл сердце Млечного Пути 28.06.2026

Космические телескопы позволяют человечеству заглянуть в самые отдаленные уголки Вселенной, раскрывая тайны темной материи, далеких галактик и процессов звездообразования. Один из современных аппаратов, предназначенных для масштабных обзоров неба, неожиданно оказался мощным инструментом для изучения нашей собственной Галактики. Речь идет о телескопе "Эвклид", который предоставил астрономам одно из самых детальных изображений центральной области Млечного Пути. Космический телескоп "Эвклид" был создан прежде всего для исследования темной материи и темной энергии, составляющих основную часть массы-энергии Вселенной. Однако ученые нашли ему дополнительное применение, направив прибор на густонаселенные звездные поля нашей Галактики. За относительно короткое время наблюдений - всего 26 часов - аппарат зафиксировал более 60 миллионов звезд в центральной части Млечного Пути. Такой результат стал возможен благодаря высокому разрешению и широкому полю зрения инструмента. Особый интерес для ...>>

Гренландские акулы - рекордсмены долголетия среди позвоночных 27.06.2026

В мире живых существ продолжительность жизни варьируется от нескольких дней у некоторых насекомых до нескольких десятилетий у крупных млекопитающих. Однако среди морских обитателей есть настоящие долгожители, чей возраст поражает воображение. Гренландские акулы, населяющие холодные воды Северной Атлантики и Арктики, по праву считаются самыми долговечными позвоночными на планете, и современные научные методы позволили точно оценить масштаб их жизненного пути. Эти крупные хищники растут крайне медленно - всего на несколько сантиметров за несколько лет, достигая в итоге более пяти метров в длину. Долгое время определить точный возраст гренландских акул было практически невозможно, поскольку у них отсутствуют традиционные маркеры, такие как годовые кольца на костях или чешуе. Предположения о выдающемся долголетии существовали давно, но требовали надежного подтверждения. Прорыв наступил в 2016 году, когда международная группа ученых применила радиоуглеродный анализ к хрусталикам глаз ...>>

Случайная новость из Архива Люксовая версия смарт-кольца Oura 27.05.2022 Итальянский дом моды Gucci представил роскошную версию смарт-кольца, которое стало результатом сотрудничества с компанией Oura. Обычное умное кольцо стоит $300. Смарт-устройство может отслеживать частоту сердечных сокращений, дыхание, температуру тела, сон и различные виды деятельности. Частота сердечных сокращений определяется при помощи датчика, который измеряет поток крови в артериях, проходящих через палец. Аккумулятор обеспечивает максимальную автономность в течение одной недели, а заряжается кольцо от беспроводной зарядки. Дополнительно для обычной версии производитель ввел ежемесячную подписку в $6 для доступа ко всем данным, в том числе - анализу привычек пользователей, отслеживание сна, уровня активности и советам по оптимизации дня. Люксовая версия с 18-каратным золотом и символом бренда включает в себя пожизненную подписку. Разработчики оригинального умного кольца утверждают, что датчики их устройства более эффективны, чем у других носимых устройств. Причина в том, что они более плотно прилегают к телу. Но это преимущество также является проблемой, поскольку форма и размер пальцев варьируются от человека к человеку. Кольцо нельзя отрегулировать так же легко, как часы или браслет. Вместо этого Oura отправляет пользователям набор для измерения пальцев, чтобы затем прислать подогнанное под владельца кольцо.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026