Биологи выяснили, почему крупные животные более энергоэффективны

На протяжении веков ученые задавались вопросом, почему крупные животные сжигают меньше энергии и нуждаются в меньшем количестве пищи, чем мелкие. Почему крошечная землеройка нуждается в пище в три раза больше веса своего тела каждый день, в то время как крупный кит норка может обойтись ежедневным рационом из криля весом всего 5-30% от веса своего тела?

Хотя предыдущие попытки объяснить эту взаимосвязь опирались на физику и геометрию, в новом исследовании специалисты выяснили, что настоящий ответ лежит в эволюции. Именно эти отношения максимизируют способность животного производить потомство.

Самое раннее объяснение непропорциональной зависимости между метаболизмом и размером было предложено почти 200 лет назад.

В 1837 году французские ученые Пьер Саррюс и Жан-Франсуа Рамо утверждали, что энергетический метаболизм должен зависеть от площади поверхности, а не от массы или объема тела. Это связано с тем, что при обмене веществ выделяется тепло, а количество тепла, которое может рассеять животное, зависит от площади его поверхности.

За 185 лет, прошедших с момента презентации Саррюса и Рамо, было предложено множество альтернативных объяснений наблюдаемого масштабирования метаболизма.

Возможно, самый известный из них был опубликован американскими исследователями Джеффом Вестом, Джимом Брауном и Брайаном Энквистом в 1997 году. Они предложили модель, описывающую физический транспорт необходимых материалов через сети разветвленных трубок, похожих на кровеносную систему.

Ученые заявили, что их модель предлагает «теоретическую, механистическую основу для понимания центральной роли размера тела во всех аспектах биологии».

Обе модели философски схожи. Как и многие другие подходы, предложенные за последнее столетие, они пытаются объяснить биологические закономерности, апеллируя к физическим и геометрическим ограничениям.

Живые организмы не могут игнорировать законы физики. Тем не менее, эволюция оказалась удивительно хороша в поиске путей преодоления физических и геометрических ограничений.

 

В новом исследовании ученые попытались выяснить, что произойдет с зависимостью между скоростью метаболизма и размером, если игнорировать физические и геометрические ограничения, такие как эти.

Поэтому исследователи создали математическую модель того, как животные расходуют энергию в течение своей жизни. В модели животные выделяют энергию на рост в начале жизни, а затем во взрослом возрасте они выделяют все больше и больше энергии на размножение.

Эту модель использовали, чтобы определить, какие черты животных ведут к наибольшему размножению в течение их жизни — ведь с эволюционной точки зрения размножение является главной игрой.

Выяснилось, что животные, которые должны быть наиболее успешными в размножении, демонстрируют именно такую непропорциональную зависимость от скорости метаболизма, которую мы наблюдаем в реальной жизни!

Этот вывод позволяет предположить, что непропорциональное масштабирование метаболизма не является неизбежным следствием физических или геометрических ограничений. Вместо этого естественный отбор производит этот масштаб, потому что он полезен для размножения на протяжении всей жизни.

По словам известного российско-американского биолога-эволюциониста Теодосия Добжанского, «в биологии ничто не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».

Вывод о том, что непропорциональное увеличение метаболизма может происходить даже без физических ограничений, говорит о том, что ученые искали объяснение не в том месте.

Физические ограничения могут быть основными движущими силами биологических моделей не так часто, как считается. Возможности эволюции шире, чем мы предполагаем.

Почему мы исторически так стремились ссылаться на физические ограничения для объяснения биологии? Возможно, потому, что нам комфортнее находиться в тихой гавани кажущихся универсальными физических объяснений, чем в относительно неисследованной биологической пустыне эволюционных объяснений, подчеркнули ученые.

Эксклюзивный перевод*

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

В США провели исследование и назвали продукты, которые приводят к раку груди

11 Недавнее исследование, проведенное в США, показало, что определенная диета может предотвратить развитие рака груди. …