Исследование показывает, что метаболизм животных определяется биологией, а не физикой
Ученые из Университета Монаша бросили вызов общепринятому мнению о том, что биологические закономерности объясняются физическими ограничениями.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые представляют свою математическую модель роста животных, которая описывает, как животные тратят энергию на рост и размножение по мере того, как они взрослеют и увеличиваются в размерах.
«Несмотря на то, что живые организмы не могут нарушать законы физики, эволюция показала себя чрезвычайно искусной в поиске лазеек», — сказал ведущий автор исследования профессор Крейг Уайт из Школы биологических наук Университета Монаша и Центра геометрической биологии.
Необъяснимая проблема в биологии касается непропорциональной (аллометрической) зависимости между энергетическим обменом и размером.
«Обнаружение того, что метаболизм животного можно объяснить, не прибегая к физическим ограничениям, означает, что мы искали не в том месте, когда дело доходит до поиска ответов на то, почему возникает эта широко распространенная закономерность», — сказал профессор Уайт.
«Мы считаем, что физические ограничения не так сильно влияют на биологию, которую мы наблюдаем, как предполагалось ранее, и что эволюция имеет более широкий спектр вариантов, чем считалось ранее», — сказал он.
Увеличение размера во время развития или эволюции обычно сопровождается менее чем пропорциональным увеличением потребности в энергии, так что, если сравнивать относительный размер животных, крупные животные сжигают меньше энергии и требуют меньше пищи, чем мелкие.
Например, мелким млекопитающим, таким как землеройки, может потребоваться ежедневно потреблять такое количество еды, какое в три раза превышает их собственный вес, в то время как самые крупные — усатые киты — съедают всего 5 % от своего веса криля каждый день.
«Наше исследование опровергает общепринятое мнение о том, что биологические паттерны, такие как аллометрическое масштабирование, возникают из-за физических ограничений», — сказал профессор Уайт.
Ученые разработали математическую модель роста животных, которая описывает, как животные переключают свое распределение энергии с роста на размножение по мере увеличения возраста и размера, и показываем, что размножение в течение всей жизни максимально, когда масштабы метаболизма несоразмерны размеру.
«Многие модели, представленные с начала девятнадцатого века, использовали физические или геометрические ограничения для объяснения этой закономерности, но наша — нет» — говорят ученые.
«Проще говоря, классические теории утверждали, что у животных есть метаболизм, который у них есть, потому что он должен быть таким, но мы обнаруживаем, что у них есть метаболизм, который у них есть, потому что он лучший».
Ученые говорят, что исследование показало, что аллометрическое масштабирование не обязательно должно быть результатом физических или геометрических ограничений. Вместо этого естественный отбор, а не физика, поддерживает аллометрическое масштабирование.
Исследование было опубликовано в журнале Science.