По-настоящему удивительно в законе Клайбера то, что он хорошо выполняется от мельчайших бактерий до крупнейшего кита. Это приблизительно 20 порядков величины. Вам понадобиться перемножить 20 раз по десять или добавить 20 нулей, чтобы добраться от мельчайшей бактерии до крупнейшего кита, и закон Клайбера справедлив повсюду. Он также работает для растений и одноклеточных организмов. Диаграмма показывает, что лучшее соответствие получено на трех параллельных линиях. Одна линия для микроорганизмов, вторая для крупных холоднокровных существ ("крупных" здесь значит что-либо тяжелее одной миллионной доли грамма!) и третья для крупных теплокровных существ (млекопитающие и птицы). Все три линии имеют один и тот же наклон, но они расположены на разной высоте: неудивительно, теплокровные существа имеют более высокую скорость метаболизма для соответствующих размеров, чем у холоднокровных.
Годами никто не мог придумать действительно убедительного объяснения закону Клайбера, пока не был представлен образец блестящей совместной работы между физиком Джеффри Вестом (Geoffrey West) и двумя биологами Джеймсом Брауном и Брайеном Энквистом (James Brown and Brian Enquist). Их вывод точного закона 3/4 - шедевр математической магии, которую трудно перевести в слова, но он так гениален и важен, что попытка того стоит.
Теория Веста, Энквиста и Брауна, далее WEB, исходит из факта, что ткани крупного организма имеют проблему снабжения. Именно этому всецело посвящена кровеносная система животных и сосудистые трубочки растений: транспортировке веществ к тканям и от тканей. Маленькие организмы не сталкиваются с этой проблемой до такой степени. У очень маленького организма настолько большая площадь поверхности в сравнении с его объемом, что он может доставить необходимый кислород через стенку тела. Даже если он и многоклеточный, ни одна из его клеток не удалена слишком далеко от стенки его тела. Но у крупного организма есть проблема транспортировки, поскольку большинство его клеток далеко от ресурсов, в которых они нуждаются. Они должны перекачивать вещество из одного места в другое. Насекомые буквально закачивают воздух в свои ткани по ветвящейся сети трубочек, называемых трахеями. У нас тоже есть сильно ветвящаяся сеть воздушных трубочек, но они ограничены специальными органами, легкими, с соответственно сильно ветвящейся сетью кровеносных сосудов, чтобы передавать кислород из легких к остальным тканям тела. Рыбы делают нечто похожее жабрами: органами, с обширной поверхностью, призванной увеличить поверхность контакта между водой и кровью. Плацента делает то же самое для материнской крови и крови плода. Деревья используют свои сильно разделяющиеся ветви для снабжения листьев водой, доставленной из земли, и перекачки сахаров в обратном направлении, от листьев к стволу.
Эта цветная капуста, только что купленная у местного зеленщика и разрезанная пополам, показывает, как выглядит типичная система транспортировки веществ. Вы можете видеть, как много усилий прилагает цветная капуста для обеспечения сети снабжения своей поверхности из "цветковых бутонов".
Ткани испытывают проблемы со снабжением. Сложная система снабжения цветной капусты
Теперь мы можем представить, что такие питающие сети - воздушные трубки, кровеносные сосуды, трубки с растворами сахаров или чего-либо еще - могли бы отлично компенсировать увеличенный размер тела. Если бы это было так, то типичная клетка скромной цветной капусты снабжалась бы точно так же хорошо, как типичная клетка гигантской секвойи, и скорость метаболизма этих двух клеток была бы одинаковой. Поскольку количество клеток в организме пропорционально массе, график распределения общей скорости метаболизма относительно массы тела с обеими осями в логарифмическом масштабе попадал бы на прямую с наклоном 1. Но то, что мы в действительности наблюдаем - это наклон 3/4. Маленькие организмы имеют более высокую скорость метаболизма, чем они "должны были бы" иметь для своей массы, по сравнению с крупными организмами. Это значит, что скорость метаболизма клетки цветной капусты выше, чем скорость метаболизма аналогичной клетки секвойи, а скорость метаболизмы мыши - выше, чем скорость метаболизма кита.
На первый взгляд это кажется странным. Клетка - это просто клетка, и вы можете подумать, что есть идеальная скорость метаболизма, которая одинакова для цветной капусты и секвойи, мыши и кита. Вероятно, так и есть. Но сложность доставки воды, или крови, или воздуха, или какого угодно вещества, похоже, устанавливает преграду для достижения этого идеала. Должен быть компромисс. WEB теория объясняет компромисс и то, почему он приводит к наклону строго 3/4, и делает это в точных количественных деталях.
