CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Часть 44 из 73 Информация о книге

Главная заслуга Уэста, Брауна и Энквиста, пожалуй, заключается в том, что своей концепцией они дали новый импульс изучению метаболизма и привлекли внимание многих биологов, физиков и математиков к этой теме. По ней впоследствии вышли тысячи статей, одни из которых искрили оптимизмом, другие критиковали фрактальные модели, в третьих их применяли к иным системам (подробнее я расскажу чуть позже), в четвертых концепцию развивали в неожиданных направлениях. Например, в 1999 году Джайант Банавар (ныне мой коллега по Орегонскому университету), Амос Маритан и Андреа Ринальдо разработали математическую модель, которая вообще не требует самоподобия10. Они изучали взаимоотношения между скоростью, с которой разветвленная сеть снабжения может доставлять материал, и объемом, занимаемым этой сетью, и пришли к выводу, что самой компактной будет сеть, в которой скорость доставки масштабируется как общий объем (или масса) животного в степени ¾. Это навело их на мысль, что животные эволюционировали в направлении минимизации объема их систем циркуляции, порождая тем самым закон Клайбера. Применение этой модели к метаболизму животных опять же требует нескольких допущений, в обоснованности которых часть ученых сомневается. И все-таки эти идеи любопытны.

Что же делать дальше? Как разгадать закон Клайбера и – в более широком смысле – постичь метаболизм? Как я уже упоминал, вполне возможно, что закон Клайбера – вовсе не закон, а показатель степени ¾ – самообман. Или же закон с подобным показателем может отражать те аспекты форм и очертаний, которые мы пока не понимаем. Но может быть и так, что закон Клайбера – это не фундаментальный метаболический принцип, а следствие других биофизических законов, которым подчиняется организм. Представьте, например, что животные состоят только из килограмма мышц и килограмма костей. Каждый из этих компонентов нуждается в характерном для него постоянном количестве энергетического ресурса, но при этом мышцы расходуют его быстрее, чем кости. Если бы пропорция мышц и костей сохранялась вне зависимости от размера животного, общая интенсивность его метаболизма была бы просто пропорциональна массе тела. Однако из главы 10 мы узнали, что у крупных животных кости толще. Доля костной массы в крупных телах больше, что помогает им компенсировать недостаточное повышение прочности костей относительно массы. Следовательно, общая интенсивность метаболизма животного должна была бы расти медленнее, чем масса в первой степени, выдавая нам показатель меньше единицы исключительно из-за механики костей, а не из-за чего-то, связанного с потреблением энергии или питательных веществ.

Разумеется, животные состоят не только из мышц и костей. Каждый орган и каждая ткань имеют специфические характеристики размера и формы, разные по степени изученности. В совокупности они могут определять метаболические характеристики организмов, описываемые простыми или сложными зависимостями. Такую точку зрения прекрасно выразил биохимик и писатель Ник Лэйн и точно сформулировал коллектив Питера Хочачки из канадского Университета Британской Колумбии11. К сожалению, в исходной модели Хочачки и его коллег есть серьезные математические изъяны, поэтому нам только предстоит узнать, можно ли выковать из этого подхода стройную и убедительную теорию.

Кому нужно метаболическое масштабирование?

В этой главе мы пришли к выводу, что никаких выводов сделать не можем. Вам, дорогой читатель, возможно, непонятно, зачем я заставил вас продираться сквозь такие дебри, раз у этой истории пока нет удовлетворительного конца. А может, вы гадаете, почему кого-то вообще волнует головоломка со столь устойчивой репутацией крепкого орешка. Интерес к ней подогревается отчасти простотой вопроса – как интенсивность метаболизма зависит от массы? – и эмпирическими намеками на существование универсальных законов. Кроме того, ее разгадка внесет вклад не только в понимание животной энергетики.

Сколько леса нужно слону? Ответ частично определяется количеством листвы, которое он должен съедать для поддержания обмена веществ. Изменения в численности видов и доступном пространстве – например, из-за болезней, браконьерства или уничтожения лесов – могут различаться в пределах экосистемы в зависимости от метаболических нужд крупных и мелких животных. Можно задаться и более грандиозным вопросом: каков общий метаболизм экосистемы и существуют ли законы, которым подчиняются не отдельные ее представители? В этом ключе начали действовать Браун, Уэст и другие ученые, предложившие метаболическую теорию экологии12. Есть надежда, что, разобравшись в метаболическом масштабировании, мы придумаем более действенные стратегии землепользования и охраны природы.

Метаболизм оказывает влияние на фундаментальные параметры нашей жизни, включая ее продолжительность. Наш слон, упомянутый в начале главы, живет гораздо дольше мыши. Средняя ожидаемая продолжительность жизни африканского слона превышает 60 лет. Мышь в среднем дотягивает до 2,5 лет, если только не становится чьим-то обедом раньше. Такая разница – пример общей тенденции: средняя продолжительность жизни в царстве животных повышается с увеличением массы тела. График отношения продолжительности жизни к массе млекопитающего демонстрирует масштабирование по степенному закону с показателем степени около ¼, но объяснения этому тоже нет. Поскольку показатель ¾ из закона Клайбера представляет собой целое число, кратное ¼, можно предположить, что у этих закономерностей одни истоки (как следовало и из моделей фрактальных сетей), хотя это может быть простым совпадением. Слон отличается от мыши и частотой сердцебиений: его сердце сокращается примерно 30 раз в минуту, а у мыши – около 600. И снова это иллюстрирует общую тенденцию, на сей раз к замедлению сердечных сокращений по мере увеличения размера, причем с показателем степени масштабирования –¼, тоже кратным ¼. (Отрицательная степень означает, что график в логарифмических координатах идет вниз.) Противоположные показатели степени для частоты сердцебиений и продолжительности жизни вместе ведут к любопытному следствию. При умножении частоты сердцебиений на продолжительность жизни, то есть количества сердечных сокращений в минуту на количество прожитых минут, мы получаем суммарное число сердечных сокращений за всю жизнь животного. Показатели +¼ и –¼ взаимно уничтожаются, и мы получаем число сердечных сокращений, которое не меняется в зависимости от массы (если точнее, перемножение массы в степени +¼ и массы в степени –¼ дает массу в нулевой степени, то есть прямую линию без малейшего наклона). Мышь, слон и остальные млекопитающие, хоть большие, хоть маленькие, переживают примерно по миллиарду сердечных сокращений. Люди, кстати, в этом отношении аномальны. Мы живем примерно вдвое дольше, чем «положено» животному нашей массы – как правило, 100-килограммовому млекопитающему природа отводит лет 30, – поэтому мы располагаем где-то 2 миллиардами сердечных сокращений. Эти зависимости между частотой сердцебиения, продолжительностью жизни, метаболизмом и другими параметрами могут быть случайными, а могут указывать на связи, способные проложить нам путь к постижению ряда фундаментальных аспектов жизни.

Удивительнее всего, пожалуй, то, что, поняв законы природного метаболического масштабирования, мы могли бы разобраться и в принципах неприродного масштабирования, определяющих, например, жизнедеятельность городов. Полагаясь на фрактальную модель, Джеффри Уэст и другие ученые утверждают, что города, как и живые организмы, управляются свойствами сетей13. Это могут быть переплетения шоссе, улиц и переулков; системы трубопроводов и электросетей, по которым текут жидкости или электроны; паутины финансовых трансакций; социальные сети, связывающие друг с другом людей. Результаты исследований позволяют предположить, что неожиданные законы масштабирования лежат в основе зависимостей уровня доходов, развитости дорожной сети, количества патентных заявок и многого другого от размера города. Впрочем, эти данные довольно неоднородны, и вытекающие из них тенденции еще более противоречивы, чем в случае с метаболизмом животных14. Тем не менее возможность открыть глубинные законы, руководящие жизнью городов, весьма заманчива – особенно потому, что продолжающаяся по всей планете урбанизация диктует необходимость в оптимизации городского проектирования и управления.

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 81
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 9
    • Малый бизнес 1
    • Маркетинг, PR, реклама 15
    • О бизнесе популярно 46
    • Управление, подбор персонала 6
    • Экономика 8
  • Детективы и триллеры 1352
    • Боевики 167
    • Дамский детективный роман 12
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 101
    • Исторические детективы 240
    • Классические детективы 99
    • Криминальные детективы 93
    • Крутой детектив 64
    • Маньяки 9
    • Политические детективы 28
    • Полицейские детективы 149
    • Прочие Детективы 390
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 643
    • Шпионские детективы 46
  • Детские 194
    • Детская образовательная литература 5
    • Детская проза 70
    • Детские остросюжетные 28
    • Детские приключения 97
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 34
  • Детские книги 299
    • Детская фантастика 114
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 106
  • Документальная литература 403
    • Биографии и мемуары 254
    • Военная документалистика 2
    • Искусство и Дизайн 7
    • Критика 6
    • Научпоп 6
    • Прочая документальная литература 32
    • Публицистика 136
  • Дом и Семья 99
    • Домашние животные 6
    • Здоровье и красота 18
    • Кулинария 14
    • Прочее домоводство 4
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 3
    • Спорт 3
    • Хобби и ремесла 4
    • Эротика и секс 50
  • Драматургия 39
    • Драма 38
    • Киносценарии 1
    • Мистерия 1
    • Трагедия 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 4
    • Базы данных 1
    • Интернет 1
    • Программное обеспечение 1
    • Прочая компьютерная литература 1
  • Любовные романы 15032
    • Исторические любовные романы 495
    • Короткие любовные романы 1294
    • Любовно-фантастические романы 6693
    • Остросюжетные любовные романы 382
    • Порно 46
    • Прочие любовные романы 33
    • Слеш 271
    • Современные любовные романы 6283
    • Фемслеш 27
    • Эротика 3337
  • Научно-образовательная 186
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 15
    • Биофизика 2
    • Биохимия 2
    • Ботаника 2
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Государство и право 1
    • Детская психология 4
    • Зоология 2
    • Иностранные языки 1
    • Культурология 28
    • Литературоведение 15
    • Медицина 23
    • Обществознание 4
    • Педагогика 7
    • Политика 14
    • Прочая научная литература 33
    • Психотерапия и консультирование 19
    • Религиоведение 5
    • Секс и семейная психология 7
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 13
    • Химия 2
    • Юриспруденция 5
    • Языкознание 7
  • Образование 325
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 169
    • Карьера 4
    • Психология 159
  • Поэзия и драматургия 19
    • Басни 1
    • Драматургия 5
    • Лирика 1
    • Поэзия 13
  • Приключения 359
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 202
    • Морские приключения 39
    • Природа и животные 16
    • Прочие приключения 86
    • Путешествия и география 33
  • Проза 1165
    • Антисоветская литература 3
    • Афоризмы 1
    • Военная проза 55
    • Историческая проза 178
    • Классическая проза 74
    • Контркультура 9
    • Магический реализм 46
    • Новелла 5
    • Повесть 16
    • Проза прочее 11
    • Рассказ 45
    • Роман 66
    • Русская классическая проза 33
    • Семейный роман/Семейная сага 2
    • Сентиментальная проза 4
    • Советская классическая проза 38
    • Современная проза 1002
    • Эпопея 1
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 2
  • Прочее 701
    • Газеты и журналы 3
    • Изобразительное искусство, фотография 6
    • Кино 3
    • Музыка 3
    • Театр 1
    • Фанфик 686
  • Религия и духовность 133
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Прочая религиозная литература 1
    • Религия 10
    • Самосовершенствование 39
    • Эзотерика 85
  • Справочная литература 27
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 8
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 6
  • Старинная литература 65
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 20
    • Прочая старинная литература 41
  • Техника 2
    • Автомобили и ПДД 1
    • Архитектура 1
  • Фантастика и фентези 14874
    • Альтернативная история 2088
    • Боевая фантастика 3027
    • Героическая фантастика 794
    • Городское фэнтези 1016
    • Готический роман 4
    • Детективная фантастика 368
    • Ироническая фантастика 77
    • Ироническое фэнтези 61
    • Историческое фэнтези 246
    • Киберпанк 137
    • Космическая фантастика 921
    • Космоопера 18
    • ЛитРПГ 777
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 261
    • Научная фантастика 531
    • Попаданцы 4615
    • Постапокалипсис 479
    • Сказочная фантастика 11
    • Социально-философская фантастика 261
    • Стимпанк 73
    • Технофэнтези 41
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 407
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 137
    • Фэнтези 6978
    • Эпическая фантастика 155
    • Юмористическая фантастика 688
    • Юмористическое фэнтези 633
  • Фольклор 3
    • Народные сказки 3
  • Юмор 94
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 36
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 52
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • chitatknigicom@gmail.com
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2021 - 2026. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен