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为什么生命体无法做到永生:代谢率的限制

为什么生命体无法做到永生:代谢率的限制

作者: 清风芙华 | 来源:发表于2022-04-23 13:07 被阅读0次

    导读:

          为什么生命无法做到永生呢?这其实还和规模法则有关,从生命体的角度来考虑,就是因为代谢率的限制。生命系统是个典型的复杂适应系统,是指能独立与所处的环境进行物质和能量交换,并在此基础上实现发展和繁殖的系统。不管是最小的细菌,还是最大的蓝鲸乃至一个完整的生命系统,他们都运行在范围广阔的空间、时间、能力和质量的尺度上。虽然生命的形式有百种千样,但是在这些尺度上,事实上生命利用基本构成要素和动力学行为却是相同的,通俗来讲,我们到目前为止所发现的一切生命都是碳基生命,这也说明了,无论是利用叶绿体通过光合作用合成能量的植物,还是通过动植物的消化摄取能量的动物,其本质得到能量的来源都是太阳。在漫长的历史长河中,每一个物种都会遵循相同的法则,根据之间的生理特征不断进化,通过自然选择的过程加以固化。这一切是随心所欲、变幻莫测的,还是其中存在着某种规律、某种作用在潜移默化的影响着生命的进程?

          答案是的确存在着影响生命进程的规模法则,而且这个答案和神秘的数字4有关。

          让我们从生命的新陈代谢讲起。新陈代谢是生物学的重要概念,代谢率是生物学的基本速率,指的是从细胞内的生物化学反应开始到成熟所需要的时间。比如说,假设一个人一天除了吃饭什么也不做,把能量消耗降到最低,那么他维持生命所需要摄入的热量大约为两千卡,这是人类的最低基础代谢率。

          不管是人类还是其他的物种,代谢率并不是随着体重等比例放大或者缩小的。著名的生物学家克莱伯最早在1932年发现,生物的代谢率是随着体重的大约3/4次幂进行变化的。比如,大象的体重差不多是老鼠的10000(104)倍,相应地,大象的细胞数也是老鼠的10000倍。3/4次幂规模法则则认为,尽管需要为10000倍的细胞提供能量,但大象的代谢率,也就是维持大象存活所需的能量,只是老鼠的1000(103)倍,3:4是指103和104的指数比例,这就是生物界的规模法则。它是非线性的,代谢率不会跟着体重翻番,实际只增长了75%(3/4)【注:能量倍数1000(103)倍的变化,与体重倍数10000(104)3/4倍相关,3/4的增长】,按着规模每扩大一倍,产生了25%(1/4)的节余。与老鼠相比,大象随着体积增大而显示出了规模经济。由上述数据表明,大象细胞的代谢率是老鼠细胞的1/10,而由此而来的代谢过程中细胞损伤率的下降也成为了大象更长寿的基础。

          看起来体重越大,寿命更长久,那是不是我们进化的方向就是追求更大的体重呢?当然不是,之前我们也提到过,规模法则是包含两个方面的,虽然通常规模越大越好,但这种规模是有上限的。

          很多人认为,随着科技的不断发展,未来科技可以让人类的寿命大大延长,甚至有可能会实现永生。但其实,人的生命长度不仅仅是医学范畴内的,更多的取决于生物学范畴内的代谢率,由于代谢率与体重的3/4次幂成正比这一非线性关系,产生了毛细血管磨损的限制,而人体的各种器官是无法再生的。按照这个公式,我们可以计算出人类的寿命上限大约是125岁,也就是说,即便我们可以躲过所有的意外和疾病,因为生命规模法则的限制,我们也很难活过125岁这个年龄,更别提达到永生了。当然了,也不用过于悲观,这只是基于我们的器官无法更换的条件下,说明我们是无法达到永生的。


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