动物一生心跳15亿次,这是真的吗?

2017-11-28 18:18
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原标题:动物一生心跳15亿次,这是真的吗?

这世界上的哺乳动物的身材相差十万八千里。我们有体重可达100吨、心脏和QQ小汽车一样大的蓝鲸。

蓝鲸的心脏模型

也有体重只有2克的鼩鼱(qú jīng)。它们的体重相差足足千万倍。

鼩鼱的鼻子可以当教鞭

蓝鲸、鼩鼱,还有我们人类虽然都是哺乳动物,但却各自生活在不同的地方。除了都是哺乳动物以外,我们似乎没有别的共同点了。

直到后来生物学家们发现了一个可怕的规律——从蓝鲸到鼩鼱,大多数动物一生的心跳次数约是15亿次。因此每分钟心跳1500次的鼩鼱的寿命要比每分钟心跳10次的蓝鲸短得多。

这个规律是怎么来的呢?

现在我们先假设世界上有这样两只理想的方形喵,它们密度一样,也就是说单位体积的体重一样,而且其中一只的个子是另一只的10倍。

按照体积公式我们就能算出,大猫的体积和体重就是小猫的1000倍,因为体积是长度的立方嘛。

同理,大猫的身体表面积仅仅是小猫的100倍,因为表面积是长度的平方。

这里开始就出现问题了。

新陈代谢会产生热量,如果大猫的单位体重的代谢率和小猫一样,那么它产生的热量就是小猫的1000倍。

由于热量大部分只能靠体表散发,而大猫的体表面积仅仅是小猫的100倍,因此大猫1000倍的体热很难通过100倍的体表散发出去。那么这样看的话,大猫肯定会觉得浑身燥热,甚至会发猫烧热死。

事实显然不是这样的,不论大小,大多数恒温动物的体温都在38.2摄氏度附近。比如大象的体温是36.5摄氏度、人类的是37摄氏度,而蓝鲸的也是37摄氏度。

那么到底哪里出问题了呢?为什么体型更大的动物的体温和小体型的动物差不多呢?

原来,大自然解决这个问题的方式就是降低大块头动物的基础代谢率,让它们的身体不要产生那么多热量。

那么,要降低多少比较好呢?如果身体的大小是唯一的因素,那么基础代谢率应该是体重的⅔次幂才对,这样多出来的热量能够刚好通过多出来的皮肤散发出去。

但这不符合实际情况。上世纪30年代的时候,生物学家马克斯·克莱伯(Max Kleiber )发现,大多数动物的基础代谢率是体重的¾次幂,比⅔次幂要大一些。

克莱伯定律——动物每日的基础能量消耗和体重的¾次幂成正比。

这个规律就叫做克莱伯定律(Kleiber's law,Quarter Power Scaling)。

不要觉得克莱伯定律深不可测,实际上它常被用来估算人体,以及不同体型的动物每日所需的基本卡路里数量。所以你每天需要吃多少卡路里才不会掉肉,用克莱伯定律自己就可以算出来了。

克莱伯定律画成图就是这样的:

横坐标是体重;纵坐标是每克体重的新陈代谢率。

体重越大,单位体重的基础代谢率越低,这就是克莱伯定律

后来许多科学家发现,小到单细胞生物,大到蓝鲸都符合克莱伯定律。现在有许多证据表明,不管是哺乳动物,还是其他脊椎动物,或是无脊椎动物、原始生物,甚至连植物的基础代谢率都和体重的¾幂成正比。

体重的¾次幂实际上是¼次幂的立方。现在科学家们发现了,体重的¼次幂的存在感很强啊,到处都可以看见它。

比如,动物每分钟的心跳次数——心率非常有规律。动物的心率和体重的¼次幂成反比。

另外一个规律是,动物的寿命和体重的¼次幂成正比。

各种动物的寿命

学过初中数学的人应该明白,把上面这两个规律结合起来就可以推出,心率乘以寿命是一个常数——固定的数值。也就是说,动物一生的心跳数是相对固定的。画成图应该是这样的:

横坐标是一生心跳次数;纵坐标是寿命。

从图中可以看出,不管体型如何,动物一生的心跳次数基本是固定的。

科学家们经过计算得出,这个数值在15亿次左右。

部分动物一生的心跳次数估计。人和小鸡的心跳次数超过了20亿次。

幸运的是,由于某些未知的原因,人类和小鸡一辈子的心跳次数远远多于15亿下,而达到了20多亿下。

虽然人类一生心跳平均次数比一般的动物要多得多,但是也不要认为我们逃脱了自然规律的约束。有越来越多的研究发现,整体上看,人一生的心跳次数的确是有规律可循的。

比如,静止心率(resting heart rate),也就是心平气和时的心率的确和寿命有关。静止心率越快的人,死得越早。

除了心率以外,细胞的代谢率、动物的呼吸频率,以及种群增长率都和体重的¼次幂成反比。

另外,哺乳动物的主动脉(aorta)横截面积和体重的¾次幂成正比;血液循环次数和体重的¼次幂成正比。

后来,大家还发现,体重的¼次幂还深入了植物界。比如,树干的横截面积也和树木体重的¾次幂成正比。

到目前为止,关于体重的¼次幂刷屏的原因,科学家们众说纷纭。

有人认为,上面的规律说明,生物的寿命是由基本的细胞能量代谢决定的。比如,一生心跳总数的限制说明,在生物的一生中,每斤肉消耗的氧气和燃料总量是固定不变的。

还有人认为,体重的决定性力量靠的是数学规律。有些科学家甚至提出,这种数学规律可以应用到很多其他地方,比如一个城市的人口和这个城市的平均工资什么的也有类似的关系。

不管怎么说,动物的体重和其他生命现象的强大联系是一个火热的研究课题。未来我们或许能知道这背后的答案。

这是不是说,做一个不运动的死胖子,就可以活得久一点?

想多了,经常运动的人的心率比一般人慢多了,死胖子的心率比一般人快多了。你斗不过大自然的。

 

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责任编辑人:刘涛 PX028
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