为何没有蚂蚁大小的大象?研究发现所有生物都遵循相同生长规律
科技

为何没有蚂蚁大小的大象?研究发现所有生物都遵循相同生长规律

2019年10月13日 06:45:01
来源:参考消息

参考消息网10月13日报道 为何没有蚂蚁大小的大象,也没有大象大小的蚂蚁?为何体型小的狗跑起来比大型犬还要快?为何体型矮小的动物的心脏跳动比体型庞大的动物更快?西媒称,这些问题都有一个共同的答案,那就是科学给动物设置了限制。

据西班牙《阿贝赛报》10月11日报道,例如小动物的单位体积能量消耗比大动物更大,这是因为它们的新陈代谢过程更快,同时还需要摄入热量更高的食物。

由于单位体积能量消耗不同等诸多原因,从微小的细菌到巨大的蓝鲸,很多生物的体型都与新陈代谢、物种数量、生长速度和死亡率密切相关。其中新陈代谢的实质就是生物体能不断进行自我更新,这是生命延续的关键。这一系列因素就构成了生态学代谢理论的主要内容。美国《国家科学院学报》月刊本周刊登的一份研究报告却指出,生态学代谢理论或许需要加以修改。利用大数据技术对2800项科研成果展开研究之后,这项研究报告得出的结论是,虽然过去的研究一直认为新陈代谢限制了体型和生长速度,但是新陈代谢也可能受到这些因素起到反作用。此外,此项研究还通过实验证明,所有生物都要遵循一个生长函数。

领导此项研究的巴塞罗那自治大学教授伊恩·哈顿表示,最重要的研究成果就在于,生长函数适用于所有生物。过去科学界一直认为,生长函数体现的是新陈代谢和体型之间的关系。但是此项研究给出的解释更加简洁明了,那就是新陈代谢要遵循一个普遍的生长函数。因此过去的生态学代谢理论或许需要加以修改。

大自然中充满法则和规律,但也并非所有事物都有一定之规,例如原子无论是在星体还是在细胞内部都是以无法预测的方式运动。然而,更加复杂的生物在繁衍生息、摄取食物并与外界不断发生关系的过程中,一直遵循着化学和物理规律。因此生物学家很难提出一个放之四海皆准的普遍规律。

但是哈顿认为,此项研究发现了一个重要的规律。根据研究结果,生长函数是一个用以解释生物系统如何生长的普遍规律。

哈顿指出,无论位于何地,属于何种生物系统,所有生物都遵循着相同的生长规律。这一规律就好比“幂定律”,所谓幂定律是一种多项式关系,遵守这关系的多项式,会展现出标度不变性。他表示,研究证实新陈代谢与物种数量密切相关,而生长速度与死亡率也有着紧密联系。

然而,此项研究最重要之处在于发现了生长速度会限制动物的新陈代谢。虽然新陈代谢也会限制生长速度,但其程度要远远低于生长速度对新陈代谢的限制程度。

无论如何,生长速度与新陈代谢之间有着如此密切的关系都是一个引人入胜的课题。哈顿表示,虽然尚不清楚导致这种关系的诱因,但其中原因很可能是一个生物系统内部的根本现象,而人类目前对其知之甚少。

哈顿表示,目前可以肯定的是,导致哺乳动物生长速度对其新陈代谢产生影响的诱因一定和体型更小的动物不同,但是由于这种关系非常简单明了,而且普遍存在,因此预计很快就可以厘清其中缘由。

除此之外,这个课题的另一个有趣之处在于具有实际应用价值。哈顿表示,很多棘手的健康或环境问题都与异常的生长过程有关,例如癌症、疾病传播、渔业危机和碳循环等。因此了解正常的生长过程有利于人类找出导致异常生长的原因。(编译/刘丽菲)