Интересные факты

Метаболическая теория биологии: начало конца?


биология

На рубеже тысячелетий ряд авторов создали очень влиятельную биологическую теорию, так называемую метаболическую теорию экологии, которая утверждает, что обмен веществ математически предсказуем (масштабирование) по размеру организма, и эта зависимость отражается на скорости всех ключевых жизненных процессов. Основная идея этой теории заключается в том, что при размерах тела метаболизм изменяется не пропорционально, больше, но не пропорционально. Если мы построим график метаболизма по отношению к массе тела в логарифмическом масштабе, мы получим прямую линию, наклон которой примерно соответствует коэффициенту — и это рассматривается как аксиома метаболической теории.

Метаболическая теория утверждает, что ряд других процессов происходит от метаболизма, таких как рост биомассы, продолжительность жизни, частота пульса, частота дыхания, поэтому, когда эти значения наносятся на график в зависимости от размера тела в логарифмической шкале, наклон линии always всегда будет отображаться. Данные, подтверждающие эту теорию, основывались главным образом на измерениях физиологических свойств тел позвоночных, особенно млекопитающих. Однако сила теории заключалась не только в том, что она хорошо соответствовала эмпирическим данным, но и в том, что она дала общее объяснение.

Теория не простая и подойдёт для олимпиады по биологии, она имеет много других применений, например, в области охраны природы. Например, представьте себе организм, который подвергается значительному сокращению. Метаболическая теория может обеспечить основу для прогнозирования того, как быстро виды оправятся от этого кризиса. Это обусловлено этими моделями масштабирования — теория может объяснить, почему, например, мыши быстро размножаются, но имеют меньшую продолжительность жизни — в отличие, например, от слонов. Тем не менее, масштабирование роста может использоваться полностью вне биологии. Например, один из основателей теории метаболизма, британский физик Джеффри Уэст написал знаменитую книгу «Масштаб», описывающую влияние масштабирования на развитие городов, например, как рост благосостояния, преступности, инфраструктуры, рождаемости и т. д. с ростом города.

Однако универсальная обоснованность теории постепенно стала вызывать сомнения у профессионального сообщества. Вопреки некоторым данным, теория была торпедирована даже теоретиками, которые указывали на некоторые ее внутренние несоответствия. Эколог Йен Хаттон из Принстонского университета продолжил критиковать теорию метаболизма. В статье, опубликованной несколько лет назад в журнале Science, показано, что эта тенденция может быть обнаружена на уровне экосистем, даже если индивидуальный метаболизм не задействован. Стало очевидным, что наклон rather является скорее универсальной характеристикой роста, которая может быть независимой от метаболизма человека. Следующим шагом в разрушении теории метаболизма является статья в журнале PNAS (Proceedings of National Academy of Science), в соавторстве с Ианом Хаттоном и проф. Дэвид Шторх. За эти годы был собран огромный файл данных.

Когда авторы статьи начали ее анализировать, произошло несколько удивительных вещей. Первая заключалась в том, что наклон кривой для разных групп (и не только для млекопитающих, птиц и т. Д.) Не подпадает под закона, а скорее приближается к коэффициенту 1, поэтому метаболизм в этом масштабе приблизительно пропорционален размеру. Таким образом, масштабирование отличается, когда мы смотрим на все организмы одновременно или когда мы смотрим на отдельные группы — так что «канонический» применяется не всегда. Затем авторы рассмотрели производство биомассы (рассчитанное как комбинация индивидуального роста + производство потомства). «Было показано, что производство биомассы практически повсеместно масштабируется с коэффициентом, как внутри групп, так и среди всех эукариот, и поэтому является гораздо более универсальным, чем масштабирование самого метаболизма. Таким образом, кажется, что именно метаболизм адаптируется к ограниченному потенциалу роста, и его масштабирование является следствием, а не причиной. Возможно, суть разной скорости жизненных процессов заключается в некоторых глубоких закономерностях, влияющих на динамику роста, а обмен веществ является вторичным» , — объясняет Дэвид Сторч.

Комментировать

Оставьте свой комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

восемнадцать − восемь =

Популярное

Вверх