Почему основной метаболизм зависит от массы

Взрослый человек в абсолютном покое и в возрасте 20 летº C при комнатной температуре расходуется примерно одна калория на килограмм в час. Однако слон сжигает половину калорий на килограмм массы за то же время, в то время как мышь сжигает невероятные 70 калорий на килограмм. Что вызывает эту разницу?

Одним из первых, кто осознал это явление, был немецкий физиолог Макс Рубнер, изучая основной метаболизм собак разного размера в 1883 году. Рубнер предположил, что причиной этого явления была потеря тепла через кожу. Поверхность кожи варьируется в зависимости от размера животного в квадрате, тогда как ее объем зависит от размера в кубе, что означает, что основной метаболизм B изменяется пропорционально массе, возведенной в степень 2/3, M2 / 3. Однако в 1932 году измерения, которые швейцарский биолог Макс Клейбер выполнил для млекопитающих более широкого диапазона масс, включая быков и крыс, казалось, показали, что изменения в метаболизме следовали M3 / 4, цифре, которую мы теперь знаем как закон Клейбера.

Поиск объяснения этой цифры вызвал ожесточенные дискуссии на протяжении десятилетий, которые, казалось бы, закончились в 1997 году с появлением фрактальной модели физика Джеффри Уэста и др. Эта модель объяснила экспоненту фрактальной формой сетей распределения ресурсов организма, таких как системы кровообращения или дыхания. Измерение базовой фигуры организма – деликатная и кропотливая задача.

По мере того, как количество метаболических измерений увеличивалось за счет проведения измерений на большем количестве животных, фрактальная модель начала показывать все больше и больше несоответствий, вплоть до того, что для некоторых групп животных, таких как мелкие птицы или насекомые, показатель степени 3/4 не подходит. Даже для млекопитающих, для которых был разработан закон Клейбера, данные показывают заметное расхождение по сравнению с теорией, лежащей в основе закона.

Теперь авторы статьи, недавно опубликованной в Scientific Reports, Фернандо Дж. Баллестерос и Висент Дж.

Мартинес (Астрономическая обсерватория Университета Валенсии – Научный парк), Бартоло Луке (авиационный инженер в E.Т.S.я. из Мадридского политехнического университета), Лукас Лакаса (Школа математических наук, Лондонский университет королевы Марии), Энрик Валор (термодинамический факультет Университета Валенсии) и Андрес Мойя (интегративная и системная биология-УФ / CSIC, в парке C Scientific), нашли кусок, который завершает головоломку на основе теоретической модели астрофизики. «Пока мы писали книгу« Fractales y caos », в которой говорим о законе Клейбера, мы поняли, что фрактальная модель Уэста и его компании. не подходил. Тепловое объяснение казалось более естественным, но необходимо было принять во внимание ту часть энергии, которая не рассеивается подобно теплу », – объясняет Фернандо Бальестерос. «Мы с Висентом добавили это к термическому методу, и мы увидели, что данные полностью соответствуют нашей теории. Андрес сразу понял, что наша модель – это компромисс, эволюционный обмен, и мы вместе усовершенствовали ее. Энрик придал термическому методу надежность после компромисса, а Бартоло и Лукас расширили работу на живых существ, отличных от млекопитающих, подтвердив его предсказательную силу », – заключает он.

Ученые предлагают это решение как компромисс между пассивным рассеиванием калорий и минимальным потреблением энергии клетками. Не вся энергия, потребляемая организмом, превращается в тепло; одна часть используется для деления клеток, другая – для синтеза белков Другими словами, чтобы поддержать организм и дать ему возможность работать. Если бы вся энергия была преобразована в тепло, потребление фактически было бы равно 2/3 мощности, но тогда мы имели бы в виду нагреватель, а не организм. С другой стороны, если бы вся энергия потреблялась эффективно, потребление было бы прямо пропорционально количеству ячеек, то есть массе M, но часть ее неизбежно теряется в виде тепла.

Настоящие организмы уравновешивают обе крайности. Взвешенная сумма обоих компонентов, один из которых пропорционален массе M, а другой – M2 / 3 – другими словами, B = aM + bM2 / 3 – объясняет кривую основного метаболизма млекопитающих и различные отношения, обнаруженные между различными группами животных, но также метаболические различия между пустынными и полярными животными или даже метаболизм растений.

Блог автомобилиста