Рассказ предка

Рассказы в этой книге служат для того, чтобы коснуться большего, чем частные проблемы рассказчика. Как у Чосера, они предназначены, чтобы поразмышлять о жизни вообще: в его случае о человеческой жизни, в нашем случае о жизни. Что может сказать цветная капуста огромному скоплению странников на большой встрече после Свидания 36, когда растения присоединяются к животным? Важный принцип, который относится к каждому растению и каждому животному. Он мог бы представлять собой продолжение «Рассказа Умельца».

«Рассказ Умельца» был о размере мозга, и в нем была попытка всесторонне обыграть логарифмический способ создания диаграммы разброса данных, чтобы сравнить различные виды. У больших животных, казалось, был пропорционально меньший мозг, чем у маленьких животных. Точнее сказать, наклон двойного логарифмического графика массы тела относительно массы мозга был довольно близок к 3/4. Он приходился, как Вы помните, между двумя интуитивно понятными наклонами: 1/1 (масса мозга просто пропорциональна массе тела) и 2/3 (площадь поверхности мозга пропорциональна массе тела). Наблюдаемый наклон для логарифма массы мозга относительно логарифма массы тела оказывался не просто неопределенно выше, чем 2/3, и ниже, чем 1/1. Он был точно равен 3/4. Такая точность данных, кажется, требует такой же точности от теории. Можем ли мы найти какое-либо объяснение для наклона 3/4? Это нелегко.

Усугубляя проблему, или, возможно, давая нам подсказку, биологи долго замечали, что много других вещей, помимо размера мозга, придерживается этого точного соотношения 3/4. В частности, использование энергии различными организмами – скорость метаболизма – придерживается нормы 3/4, и это было возвышено до статуса закона природы, закона Клайбера, даже притом, что для этого не было никакого понятного объяснения. График выше представляет логарифм скорости метаболизма относительно логарифма массы тела («Рассказ Умельца» дает обоснование для графика в логарифмическом масштабе по обеим осям).

Действительно, удивительно в законе Клайбера то, что он справедлив от наименьшей бактерии до наибольшего кита. Это приблизительно 20 порядков величины. Вам нужно перемножить 20 раз по десять – или добавить 20 нулей – чтобы добраться от наименьшей бактерии до наибольшего млекопитающего, и закон Клайбера справедлив повсюду. Он также работает для растений и одноклеточных организмов. График показывает, что наилучшее соответствие получено с тремя параллельными линиями. Одна линия для микроорганизмов, вторая для больших холоднокровных существ («большой» здесь означает что-либо более тяжелое, чем приблизительно одна миллионная грамма!) и третья для больших теплокровных существ (млекопитающих и птиц). У всех трех линий один и тот же наклон (3/4), но они имеют различную высоту: не удивительно, у теплокровных существ более высокая скорость метаболизма для каждого размера, чем у холоднокровных существ.

В течение многих лет никто мог найти действительно убедительной причины для закона Клайбера, пока не был представлен образец блестящей совместной работы между физиком Джеффри Уэстом (Geoffrey West) и двумя биологами, Джеймсом Брауном и Брайеном Энквистом (James Brown, Brian Enquist). Их вывод точной формулы для 3/4 является образцом математического волшебства, которое трудно описать словами, но это настолько изобретательно и важно, что попытка того стоит. 

Теория Уэста, Энквиста и Брауна, в дальнейшем УЭБ, исходит из факта, что у тканей больших организмов есть проблема снабжения. Именно этому всецело посвящена кровеносная система животных и сосудистые трубочки растений: транспортировке веществ к тканям и от них. Маленькие организмы не стоят перед этой проблемой в такой степени. У очень маленького организма столь большая площадь поверхности по сравнению с его объемом, что он может получить весь кислород, который ему нужен, через стенки своего тела. Даже если он многоклеточный, ни одна из его клеток не находится слишком далеко от внешней стенки тела. Но у большого организма есть транспортная проблема, потому что большинство его клеток расположены далеко от ресурсов, в которых они нуждаются. Они должны перекачивать вещества по трубочкам с места на место. Насекомые буквально закачивают воздух в свои ткани по ветвящейся сети трубочек, названных трахеями. Мы также имеем сильно разветвленные воздушные трубочки, но они ограничены специальными органами, легкими, имеющими соответственно сильно разветвленную кровеносную сеть, чтобы перенести кислород из легких в остальные части тела. У рыб для этого служат жабры: крайне важные органы, предназначенные, чтобы увеличить поверхность контакта между водой и кровью. Плацента делает то же самое для материнской и эмбриональной крови. Деревья используют свои сильно разделенные ветви, чтобы снабжать свои листья водой, полученной из земли и перекачивать сахар в обратном направлении, от листьев к стволу.

У тканей есть проблема снабжения. Сложная система снабжения цветной капусты.