Математическая модель роста животных показывает, что жизнь определяется биологией, а не физикой
Ученые из Университета Монаша оспорили устоявшееся мнение, что биологические закономерности объясняются физическими ограничениями.
В исследовании, опубликованном в Science, представлена математическая модель роста животных, которая описывает, как животные распределяют энергию между ростом и размножением по мере старения и увеличения в размерах.
«Несмотря на то, что живые организмы не могут нарушать законы физики, эволюция оказалась необычайно искусной в поиске лазеек», — заявил ведущий автор исследования профессор Крейг Уайт.
Нерешенной проблемой в биологии является непропорциональная (аллометрическая) связь между энергетическим метаболизмом и размером.
«Обнаружение того, что метаболизм животного можно объяснить, не прибегая к физическим ограничениям, означает, что мы искали ответы на вопрос, почему возникает эта повсеместная закономерность, не в том месте», — отметил профессор Уайт.
Увеличение размера в процессе развития или эволюции, как правило, сопровождается менее чем пропорциональным ростом потребности в энергии. В пересчете на грамм массы крупные животные сжигают меньше энергии и требуют меньше пищи, чем мелкие.
Например, мелкие млекопитающие, такие как землеройки, могут потреблять до трех масс своего тела в пище каждый день, тогда как крупнейшие — усатые киты — съедают всего 5–30% массы своего тела в криле за день.
«Наше исследование противоречит общепринятому мнению, что биологические закономерности, такие как аллометрическое масштабирование, возникают из-за физических ограничений», — сказал профессор Уайт.
«Мы разработали математическую модель роста животных, которая описывает, как животные перераспределяют энергию с роста на размножение по мере увеличения возраста и размера, и показываем, что репродуктивный успех за всю жизнь максимален, когда метаболизм масштабируется непропорционально размеру», — пояснил он.
«Многие модели, представленные с начала XIX века, использовали физические или геометрические ограничения для объяснения этой закономерности, но наша — нет. Проще говоря, классические теории утверждали, что животные имеют такой метаболизм, потому что они должны, мы же обнаруживаем, что они имеют такой метаболизм, потому что это лучший вариант».
Профессор Уайт заявил, что исследование показывает: аллометрическое масштабирование не обязательно должно быть результатом физических или геометрических ограничений. Вместо этого естественный отбор, а не физика, благоприятствует аллометрическому масштабированию.