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我们为什么会停止生长?|规模法则

从胚胎形成,作为一个生命,我们就在不停地努力长大,从只会爬行的小孩到20岁的阳光少年,然后,即使我们仍然在进食、仍然在新陈代谢,我们却停止了生长。所以医生可以有一个相对于年龄的身高体重参考表,告诉家长,根据你小孩这个年纪的身高,在20岁可以多高,因为我们的身高是收敛的,不会无穷的生长。

观察发现,在横轴为时间、纵轴为重量的生长曲线下,就无量纲组合而言,所有动物的生长曲线最终会重叠为一条普适的曲线。

如何来解释这种在生物中存在的普适规律呢?

其实,如果你有关注到集智俱乐部近期推出的杰弗里·韦斯特的《Scale》的解读文章,就会发现一个普适的规模法则:克莱伯定律。通俗解释就是:生物的体重和生物体的新陈代谢率呈现3/4的幂律关系。这个规律可以用来解释,自然界重要且普遍存在的特征,即为什么我们会停止生长?

可以将「生长」简化为下面这样一个过程,我们进食、代谢,将代谢能量F通过网络运送至细胞,粗略地讲,摄取的能量F有两个用途,一方面用于一般的细胞维护和修复,即维护O,另一方面则用于生成新的细胞以增加单位面积生物量。所以能量被用于生成新组织的速度可以看成是代谢率和维护现有细胞所需的能量消耗速度之间的差值。

在上述的理论和简化模型基础上,我们就可以通过数学形式,来解释为什么会停止生长了。根据克莱伯定律,代谢率具有亚线性异速增长的特性,而维护所需的能量是随着质量线性增长的。所以自然会出现一个交叉点,代谢能量=维护能量,我们在忽略体重上的微小变化后便不再生长了。

然而,树木的生长在一定程度上挑战了这一理论,因为随着树木生长,越来越多的物理结构变成了枯枝,不再参与代谢能量预算,但其在力学稳定性中仍起着重要作用。

其实所有的哺乳动物和其他动物都和我们一样遵循同样的生长轨迹,这被生物学家成为确定性成长,以区别通常在鱼类、植物和树木中观察到的不确定生长,这些物种的不确定生长会一直延续至死亡。相关数据和分析可以证明一个论点:这些遵循不确定生长的物种在其达到稳定体形之前便会死亡。

             

在代表物种生长规律的公式中,左边代表生长率,右边代表代谢率-维护成本,我们可以发现,当β<1时,亚线性比例缩放将导致有限的增长,这就是占主导地位的生物的动力学。至于这是如何转向开放式增长和日益加快的生活节奏,以及这与我们的“社会”代谢率的巨大提高有何关联,可以到《Scale》这本书中寻找答案。

作者:王朝会

编辑:孟婕

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