Ученые разгадали биологическую загадку закона Клайбера

Жизнь на Земле устроена необычайно сложно. Человек пытается разгадать многие загадки природы, но, зачастую это пока ему не под силу. Еще в 30-х годах прошлого столетия швейцарский биолог Макс Клайбер сформулировал некий универсальный закон, согласно которому, чем больше размер живого существа, тем выше скорость метаболических реакций в его организме. Закон Клайбера, или метаболический закон 3/4, используется современными учеными при проведении исследовательских работ над живыми организмами. При помощи закона Клайбера рассчитывают количество потребляемой энергии животными, число потомства, дозу медикаментов, необходимых для человека, после проведения опыта на мышах и многое другое.

17 февраля в Proceedings of the National Academy of Sciences была опубликована научная статья группы американских и итальянский исследователей из университетов Мэриленда и Падуи, в которой было изложено переосмысленное видение биологической формулы Клайбера, в свете взаимосвязанности эволюционных факторов, которым ученые придали математический вид. За основу исследователи взяли предположение, что совершенно разные структуры животных и растений развивались параллельно, при этом каждая из них являлась идеальной в плане эффективности использования энергии.

Для сравнения были взяты два представителя флоры и фауны — тигр и дерево.

В общем, эволюционная задача дерева более проста — ему надо преобразовать энергию солнечного света и распределить ее по своему организму. Чтобы максимально выполнить эту задачу у деревьев есть хорошо разветвленная структура с листьями. При этом скорость движения питательных веществ не зависит от размеров дерева.

При поглощении пищи тигром происходит выделение тепла, от избытка которого животное должно избавляться. Но, поскольку площадь поверхности тела тигра пропорционально меньше его массы, простое охлаждение поверхности не будет эффективным. Получается, что чем больше размеры животного, тем меньшей должна быть скорость метаболических реакций. Таким образом, если бы это было действительно так, то размеры животного возрастали бы вместе со скоростью протекания метаболических реакций, что не соответствует действительности.

Проведенные исследования установили, что еще одним фактором, который ранее не учитывался, является скорость перемещения питательных веществ в организме животного, а также скорость его охлаждения. Рассчитав скорость, с которой сердца животных перекачивали кровь, исследователи пришли к выводу, что скорость кровотока равна массе тела в степени 1/12.

Главный вывод, сделанный исследователями — для поддержания максимальной эффективности использования энергии животным не обойтись без сердца, которое перекачивает кровь, доставляющую кислород и питательные вещества различным тканям и органам. А вот растениям сердце без надобности.