Рассказ предка

Эта цветная капуста, недавно купленная у местного зеленщика и разрезанная пополам, показывает, на что похожа типичная система транспортировки веществ. Вы можете видеть, сколько усилий прилагает цветная капуста, чтобы обеспечить снабжение своего поверхностного слоя «бутонов».

Теперь мы можем предположить, что такие питающие сети – воздушные трубки, сосуды для крови или сахарного раствора, или что бы там ни было – могли бы отлично компенсировать увеличение размера тела. Если бы это было так, то типичная клетка средней цветной капусты снабжалась бы точно так же, как типичная клетка гигантской секвойи, и скорость метаболизма этих двух клеток была бы одинаковой. Так как число клеток в организме пропорционально его массе, график разброса общей скорости метаболизма относительно массы тела, с обеими осями в логарифмическом масштабе, представил бы линию с наклоном 1. Все же фактически мы наблюдаем наклон 3/4. У маленьких организмов более высокая скорость метаболизма, чем должна быть для их массы, по сравнению с крупными организмами. Это означает, что скорость метаболизма клетки цветной капусты выше, чем скорость метаболизма аналогичной клетки секвойи, и скорость метаболизма мыши выше, чем скорость метаболизма кита.

На первый взгляд это кажется странным. Клетка есть клетка, и можно было бы предположить, что существует идеальная скорость метаболизма, которая была бы одинаковой как для цветной капусты, так и для секвойи, как для мыши, так и для кита. Возможно, существует. Но, похоже, случаются трудности в снабжении водой, или кровью, или воздухом, или любыми веществами, что, кажется, устанавливает предел достижения этого идеала. Должен быть компромисс. WEB -теория объясняет компромисс и почему он оказывается с наклоном строго 3/4, и делает это с помощью точных количественных деталей.

Теория состоит из двух ключевых моментов. Прежде всего, ветвящееся дерево трубочек, которое снабжает веществами данный объем клеток, само занимает некоторый объем, конкурирующий за место с клетками, которые оно обеспечивает. На пути к концам питающей сети трубочки сами по себе занимают существенное место. И если Вы удваиваете число клеток, которые необходимо обеспечить, объем сети более чем удваивается, потому что больше трубочек нужно, чтобы сеть проникла в главную систему, трубочки которой сами занимают место. Если Вы хотите удвоить число снабжаемых клеток, только удваивая место, занятое трубочками, Вы нуждаетесь в более рассредоточенной проникающей сети. Второй ключевой момент в том, что, являетесь ли Вы мышью или китом, самая эффективная транспортная система – которая для перемещения веществ тратит впустую наименьшее количество энергии – та, которая занимает фиксированный процент от объема Вашего тела. Это предполагает математика, и это также – подтвержденный опытом факт (Фактический процент мог бы немного отличаться в зависимости, скажем, от того, являетесь ли Вы теплокровным или хладнокровным.). Например, млекопитающие, будь то мышь, человек, или кит, имеют объем крови (то есть объем транспортной системы), который составляет от шести до семи процентов их тела.

Эти два момента, взятые вместе, означают, что, если мы желаем удвоить объем снабжаемых клеток, но все еще сохранить наиболее эффективную транспортную систему, мы нуждаемся в более редко рассредоточенной питающей сети. А более редкая сеть означает, что меньше веществ поставляется в клетку, и что скорость метаболизма должна понизиться. Но насколько именно она должна понизиться?

WEB вычислила ответ на этот вопрос. Можно сказать, математика замечательно предсказывает прямую линию с наклоном точно 3/4 для графика логарифма скорости метаболизма относительно логарифма размера тела! Более недавние научные исследования основываются на первоначальной теории, но существенные аспекты все еще остаются. Закон Клайбера – будь то для растений, животных, или даже на уровне транспорта в пределах одной клетки – наконец нашел свое объяснение. Оно может быть получено из физики и геометрии питающих сетей.

Рассказ Секвойи