Аллометрия

редактировать
Изучение взаимосвязи размера тела с формой, анатомией, физиологией и поведением Скелет слона Скелет тигрового куолла (Dasyurus maculatus)... Пропорционально более высокие кости у слона являются примером аллометрического масштабирования

Аллометрия - это исследование взаимосвязи формы тела до , анатомии, физиологии и, наконец, поведение, впервые описанного в 1892 году Д'Арси Томпсоном в 1917 году в О росте и форме и Джулиан Хаксли в 1932 году.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Изометрическое масштабирование и геометрическое сходство
  • 3 Аллометрическое масштабирование
  • 4 Определение масштабирования системы с помощью аллометрии
  • 5 Физиологическое масштабирование
    • 5.1 Скорость метаболизма и масса тела
    • 5.2 Аллометрические характеристики мышц
    • 5.3 Аллометрия передвижения на ногах
      • 5.3.1 Методы исследования
      • 5.3.2 Установлены принципы передвижения на ногах. грубая аллометрия
    • 5.4 Масштабирование лекарств
  • 6 Аллометрическое масштабирование при перемещении жидкости
  • 7 Аллометрическая инженерия
  • 8 В характеристиках города
  • 9 Примеры
  • 10 Детерминанты размера у разных видов
  • 11 См.
  • 12 Ссылки
  • 13 Дополнительная литература
  • 14 141 Ссылки

Обзор

Аллометрия - хорошее известное исследование, особенно в области статистического анализа также за его теоретические разработки, а также в биологии для практического применения к разному темпам роста частей тела живого организма. Одним из приложений является изучение различных видов насекомых (например, жуков-геркулесов ), где общее изменение размера тела может привести к огромному и непропорциональному увеличению размеров придатков. такие как ноги, антенны или рога. Связь между двумя измеренными величинами часто выражается в виде уравнения степенного закона, которое выражает замечательную симметрию масштаба:

y = kxa {\ displaystyle y = kx ^ {a} \, \!}{\ displaystyle y = kx ^ {a} \, \!}

или в логарифмической форме:

журнал ⁡ y = журнал ⁡ x + журнал ⁡ k {\ displaystyle \ log y = a \ log x + \ log k \, \!}\ log y = a \ log x + \ log k \, \!

где a {\ displaystyle a}a - коэффициент масштабирования закона. Величина регрессии по главной оси или сокращенная регрессия по главной оси, поскольку они учитывают вариации вариации, в отличие от регрессия наименьших квадратов, которая не учитывает дисперсию ошибок в независимой переменной (например, логарифм массы тела). Другие методы включают модели ошибки измерения и особый вид анализа главных компонентов.

Аллометрия часто изучает различия форм в терминах используемых размеров объектов. Два объекта разного размера, но одинаковой формы, будут иметь одинаковое соотношение размеров. Возьмем, к примеру, биологический объект, который растет по мере созревания. Его размер меняется с возрастом, но формы похожи. В исследованиих онтогенетической аллометрии часто используются ящерицы или змеи в качестве модельных организмов как из-за отсутствия родительской заботы после рождения или вылупления, так и из-за того, что они проявляют большой диапазон размеров тела между стадиями ювенила и взрослой стадии. Ящерицы часто демонстрируют аллометрические изменения в течение своего онтогенеза.

В дополнение к исследованиям, посвященным росту, аллометрия также изучает формы изменения среди людей определенного возраста (и пола), что называется статической аллометрией. Сравнение видов используется для изучения межвидовой или эволюционной аллометрии (см. Также: Филогенетические сравнительные методы ).

Изометрическое масштабирование и геометрическое сходство

Диапазон масштабирования для разных организмов
ГруппаФакторДиапазон длины
Насекомые 1000от 10 до 10 м
Рыба 1000от 10 до 10 м
М фокусирующие 1000от 10 до 10 м
Сосудистые растения 10,00010–10 м
Водоросли 100,00010–10 м

Изометрическое масштабирование происходит, когда пропорциональные отношения сохраняются при изменении размера во время роста или в течение эволюционного периода. Пример можно найти у лягушек - за исключением короткого периода в течение нескольких недель после метаморфоза, лягушки растут изометрически. Следовательно, длина ног, которая равна длине ее тела, будет соответствовать длине всей жизни, даже если сама лягушка значительно увеличится в размерах.

Изометрическое масштабирование регулируется законом квадрата-куба. Организм, который изометрически удваивается в длине, обнаруживает, что доступная ему площадь поверхности увеличивается в четыре раза. Это может создать проблемы для организмов. В случае, описанном выше, у животного может быть несоответствие между масштабированием и физическими потребностями. В приведенном выше примере показано, что сила его костей и мышц зависит от их площади поперечного сечения, которая увеличилась только в четыре раза. Следовательно, этот гипотетический организм будет испытывать вдвое нагрузку на кости и мышцы, чем его меньшая версия. Этого несоответствия можно избежать либо "перестроением", либо изменением пропорций во время роста, что называется аллометрией.

Изометрическое масштабирование используется в качестве нулевой гипотезы в исследованиях масштабирования, при этом «отклонении от изометрии» считается свидетельством наличия физиологических факторов, вызывающих аллометрический рост.

Аллометрическое масштабирование

Аллометрическое масштабирование - это любое изменение, которое отклоняется от изометрии. Классический пример, обсуждаемый Галилео в его Диалогах о двух новых науках, - это скелет млекопитающих. Скелетная структура становится намного прочнее и устойчивее по сравнению с размером тела по мере увеличения размера тела. Аллометрия часто выражается в виде шкалы показателя, основанного на массе тела или длине тела (длина рыла - отверстия, общая длина и т. Д.). Организм с идеальным аллометрическим масштабированием будет видеть, что все свойства на основе объема изменяются массе тела, все свойства на основе площади изменяются с массой в степени 2/3, все свойства на основе длине, изменяются с массой в степени 1. / 3. Если после статистического анализа, например, было обнаружено, что свойство на основе объема масштабируется до массы в 0,9 степени, то это будет называться «отрицательной аллометрией», поскольку значения меньше, чем предсказано изометрией. И наоборот, если свойство, основанное на площади поверхности, масштаб до массы в 0,8-й степени, значения выше, чем предсказано изометрией, и говорят, что дает «положительную аллометрию». Один из примеров положительной аллометрии среди видов варанов (семейство Varanidae ), у конечностей относительно длиннее у более крупных видов. То же самое верно и для некоторых рыб, например muskellunge, вес которого увеличивается примерно в 3,325 раза его длина. 30-дюймовая (76 см) мускулатура будет весить около 8 фунтов (3,6 кг), в то время как 40-дюймовая (100 см) мускулатура будет весить около 18 фунтов (8,2 кг), поэтому длина мускулов на 33% больше, чем вдвое..

Определение масштабирования системы с помощью аллометрии

Чтобы определить, присутствует ли изометрия или аллометрия, необходимо определить ожидаемую взаимосвязь между переменными для сравнения данных. Это важно для определения того, как отклоняется соотношение масштабирования в наборе данных ожидаемого (например, связанного с изометрией). Использование таких инструментов, как анализ размеров, очень помогает при оценке ожидаемого уклона. Этот «ожидаемый» наклон, как он известен, важен для обнаружения аллометрии, потому что переменные масштабирования являются сравнительными с другими вещами. Утверждение, что масса весов с наклоном 5 по отношению к длине не имеет большого значения, если не известно, что изометрический наклон равен 3, что означает, что в этом случае масса увеличивается быстро. Например, лягушки разного размера должны иметь возможность иметь возможность прыгать на одно и то же расстояние в соответствии с моделью геометрического подобия, предложенной Хиллом 1950 и интерпретированной Уилсоном 2000, но на самом деле более крупные лягушки прыгают на большие расстояния. Анализ размеров полезен для уравновешивания в уравнении, в этом случае ожидаемого наклона.

Далее следуют несколько размерных примеров (M = масса, L = длина):

Аллометрические отношения в виде прямых линий при нанесении на ось двойного логарифма

>

>зависимости между массой и характерной длиной животного (см. рисунок) единицы массы (M) по оси Y делятся на единицы оси по X, Длина (L). Ожидаемый наклон на графике двойного логарифма L / L равенство 3 (log 10 ⁡ L 3 log 10 ⁡ L = 3 {\ displaystyle {\ frac {\ log _ {10} \ mathrm {L} ^ {3}} { \ log _ {10} \ mathrm {L}}} = 3}{\ displaystyle {\ frac {\ log _ {10} \ mathrm {L} ^ {3}} { \ log _ {10} \ mathrm {L}}} = 3} ). Это наклон прямой линии, но не попадают точно в прямую линию, поэтому преобразования данных полезны. Также важно помнить, что сравнивается в данных. Сравнение таких характеристик, как длина головы с шириной головы, может дать результаты при сравнении длины головы с длиной тела. То есть разные характеристики могут масштабироваться по-разному.

Обычным способом анализа данных, таких как данные, собранные масштаб при использовании, является использование логарифмического преобразования. Существуют две причины преобразования журнала - биологическая и статистическая. Преобразование логарифм помещает числа в геометрическую область, чтобы преобразованные отклонения представлялись согласованно независимо от масштаба и измерения измерения. В биологии это уместно, потому что многие биологические явления (например, рост, размножение, метаболизм, ощущения) фундаментально мультипликативны. Статистически выгодно преобразовать обе оси с помощью логарифмов, а выполнить линейную регрессию. Это нормализует набор данных и упростит анализ тенденций с использованием наклона линии. Однако перед анализом данных важно иметь прогнозируемый наклон линии, с которым можно сравнивать анализ.

После логарифмического преобразования и линейной регрессии данных сравнения использовать регрессию наименьших квадратов с 95% доверительными интервалами или сокращенный анализ по главной оси. Иногда два анализа могут дать разные результаты, но часто это не так. Если ожидаемый наклон находится за пределами доверительных интервалов, значит, имеется аллометрия. Если бы масса этого воображаемого животного была масштабирована с наклоном 5 и это была статистически значимая величина, тогда масса этого животного увеличилась бы очень быстро по с ожидаемым значением. Он будет масштабироваться с положительной аллометрией. Если бы ожидаемый наклон был равен 3, а в действительности масса определенного организма была масштабирована с помощью 1 (при условии, что этот наклон статистически значим), то он был бы отрицательно аллометрическим.

Другой пример: сила зависит от площади поперечного сечения мышцы (CSA), которая равна L. Если сравнивать силу с длиной, то ожидаемый наклон равен 2. В качестве альтернативы этот анализ может быть выполнен с помощью регресс власти. Изобразите взаимосвязь между данными на графике. Подгоните это к кривой мощности (в зависимости от программы статистики, это может сделать использование ресурсов), и это даст уравнение в форме: y = Zx, где n - число. Это «число» - это соотношение между точками данных. Обратной стороной этой формы анализа является то, что она немного затрудняет статистический анализ.

Физиологическое масштабирование

Многие физиологические и биохимические процессы (такие как частота сердечных сокращений, частота дыхания или частота воспроизводства) показывают масштабирование, в основном связанное использование между площадью и массой (или объемом) животное. Скорость метаболизма отдельного животного также подлежит масштабированию.

Скорость метаболизма и масса тела

При отображении способности метаболизма (BMR) животного против собственной массы тела получать логарифмическую прямую линию, указывающую степенная зависимость. Принято считать, что общая скорость метаболизма у животных показывает отрицательную аллометрию, масштабируемую по массе до степени ≈ 0,75, известную как закон Клейбера, 1932 г. Это означает, что у более крупных видов (например, слонов) меньше удельная скорость метаболизма и более низкая частота сокращений по сравнению с животными с меньшим телом (например, мышами). Прямая линия, полученная по двойной логарифмической шкале скорости метаболизма по отношению к массе тела, известна как «кривая от мыши к слону». Эти отношения скорости метаболизма, времени и внутренней структуры были объяснены следующим образом: «слон - это примерно взорвавшаяся горилла, которая сама по себе является взорванной мышью».

Макс Клейбер ввел следующее аллометрическое уравнение для соотнесения BMR с массой тела животного. Статистический анализ точки пересечения не отличался от 70, а наклон не отличался от 0,75, таким образом:

Скорость метаболизма = 70 M 0,75 {\ displaystyle {\ text {Скорость метаболизма}} = 70M ^ {0,75 }}{\ displaystyle {\ text {Скорость метаболизма}} = 70M ^ {0,75}} (хотя универсальность этой связи оспаривается как эмпирически, так и теоретически)

где M {\ displaystyle M}M - масса тела, а скорость метаболизма измеряется в ккал в сутки.

Следовательно, масса тела сама по себе может объяснить часть больших изменений BMR. После эффекта массы тела таксономия животного играет важную по значимости роль в масштабировании BMR. Дальнейшее предположение о том, что условия окружающей среды играют роль в BMR, может быть должным образом исследовано только после того, как будет установлена ​​роль таксономии. Проблема заключается в том, что общая среда также указывает на общую эволюционную историю и, следовательно, на тесные таксономические отношения. В настоящее время идет исследование по преодолению препятствий; например, анализ на грызунах-муроидах, мышах, хомяках и полевках, учитывал таксономию. Результаты показали, что хомяк (теплая и сухая среда обитания) имел самый низкий BMR, а мышь (теплая влажная плотная среда обитания) имела самый высокий BMR. Более крупные органы объяснить с высоким BMR, а также их более высокие ежедневные потребности в энергии. Подобная анализы демонстрируют физиологическую адаптацию к изменениям окружающей среды, подвергаются подвергаются животные.

Энергетический метаболизм подвержен масштабированию животного и может быть преодолен индивидуальным строением тела. Объем метаболизма для животного - это соотношение состояния покоя и максимальной скорости метаболизма для данного вида, определяемое потреблением кислорода. Потребление кислорода V O2и максимальное потребление кислорода VO2 max. Потребление кислорода у видов, которые различаются по размеру тела и размерам органов, демонстрируют сходство в их схематических распределениях V O2, что указывает на то, что, несмотря на сложность их систем, существует степенная зависимость сходства; поэтому универсальные закономерности наблюдаются в различных таксономиях животных.

Для широкого круга видов аллометрические отношения не обязательно линейны в логарифмической шкале. Например, максимальная скорость бега млекопитающих имеет сложную взаимосвязь с массой тела, а самые быстрые спринтеры средний размер тела.

Аллометрические характеристики мышц

мышца Характеристики животных аналогичны в различных размерах животных, хотя размеры и форма мышц могут и часто меняются в зависимости от ограничений окружающей среды, налагаемых на них. Сама мышечная ткань сохраняет свои сократительные характеристики и не меняется в зависимости от размера животного. Физиологическое масштабирование мышц влияет на количество мышечных волокон и их внутреннюю скорость, чтобы определить максимальную мощность и эффективность движения у данного животного. Скорость набора изменяется примерно пропорционально кубическому корню из веса животного (сравните внутреннюю частоту летной мышцы воробья с таковой у аиста).

частота = 1 масса 1/3 {\ displaystyle \ mathrm {frequency} = {\ frac {1} {\ mathrm {mass} ^ {1/3}}}}{\ displaystyle \ mathrm {frequency} = {\ frac {1} {\ mathrm {mass} ^ {1/3}}}}

Для межвидовых аллометрических отношений, связанных Для таких экологических переменных, как максимальная скорость воспроизводства, были предприняты попытки объяснить масштабирование в контексте теории динамического энергетического бюджета и метаболической теории экологии. Однако такие идеи оказались менее успешными.

Аллометрия передвижения на ногах

Методы исследования

Аллометрия использовалась для изучения закономерностей в принципах движения у широкого круга видов. Такие исследования проводились с целью лучшего понимания передвижения животных, включая факторы, которые различные походки стремятся оптимизировать. Аллометрические тенденции, наблюдаемые у современных животных, даже были объединены с эволюционными алгоритмами, чтобы сформировать реалистичные гипотезы, касающиеся моделей движения вымерших видов. Эти исследования стали возможными благодаря поразительному сходству кинематики и динамики локомотивов у разнородных видов, «несмотря на различия в морфологии и размере».

Аллометрическое исследование передвижения включает анализ относительных размеров, масс и конечностей структуры животных схожей формы и то, как эти особенности влияют на их движения с разной скоростью. Паттерны идентифицируются на основе безразмерных чисел Фруда, которые включают измерения длины ног животных, скорости или частоты шагов и веса.

Александр включает анализ чисел Фруда в свою «гипотезу динамического сходства» »Моделей походки. Динамически подобные походки - это походки, между которыми существуют постоянные коэффициенты, которые могут связывать линейные размеры, временные интервалы и силы. Другими словами, имея математическое описание походки А и этих трех коэффициентов, можно было бы получить походку В и наоборот. Сама гипотеза такова: «животные разных размеров имеют тенденцию двигаться динамически одинаково, когда это позволяет соотношение их скорости». Хотя гипотеза динамического сходства не может быть действительно объединяющим принципом походки животных, это удивительно точная эвристика.

Также было показано, что живые организмы всех форм и размеров используют пружинные механизмы в своих двигательных системах., вероятно, чтобы минимизировать затраты энергии на передвижение. Аллометрическое исследование этих систем способствовало лучшему пониманию того, почему пружинные механизмы так распространены, как податливость конечностей зависит от размера и скорости тела и как эти механизмы влияют на общую кинематику и динамику конечностей.

Принципы передвижения на ногах. идентифицированные с помощью аллометрии

  • Александр обнаружил, что животные разных размеров и масс, путешествующие с одним и тем же числом Фруда, постоянно демонстрируют одинаковые модели походки.
  • Факторы долга - процент шага, в течение которого ступня поддерживает контакт с землей - остается относительно постоянным для разных животных, движущихся с одним и тем же числом Фруда.
  • Гипотеза динамического сходства утверждает, что «животные разных размеров имеют тенденцию двигаться динамически одинаково, если соотношение их скорости позволяет это ".
  • Масса тела имеет даже большее влияние, чем скорость, на динамику конечностей.
  • Жесткость ног, k leg = пиковое смещение пиковой силы {\ displaystyle k _ {\ text { leg}} = {\ frac {\ text {пик force}} {\ text {пиковое смещение}}}}{\ displaystyle k _ {\ text {leg}} = {\ frac {\ text {пиковая сила}} {\ text {пиковое смещение}}}} ,пропорционально M 0,67 {\ displaystyle M ^ {0,67}}M ^ {0.67} , где M {\ displaystyle M}M - масса тела.
  • Пиковая сила, испытываемая на всем шаге, пропорциональна M 0,97 {\ displaystyle M ^ {0,97}}M ^ {0.97} .
  • величине, на которую нога укорачивается во время шага (т. Е. его пиковое смещение) пропорционально M 0,30 {\ displaystyle M ^ {0,30}}M ^ {0.30} .
  • Угол, подметаемый ногой во время шага, пропорционален M - 0,034 {\ displaystyle M ^ {- 0,034} }M ^ {- 0,034} .
  • Скорость удельной работы конечности измера M 0,11 {\ displaystyle M ^ {0.11}}M ^ {0.11} .

Масштабирование доз лекарства

Физиологическое действие лекарств и других веществ во многих случаях масштабируются алетрически.

Уэст, Браун и Энквист в 1997 году разработали гидродинамическую теорию, чтобы объяснить тот универсальный факт, что скорость метаболизма зависит от веса тела. Они также показали, почему продолжительность жизни зависит от мощности +, а частота пульса - от мощности-. Шкала кровотока (+ ¾) и сопротивление (-) одинакова, что приводит к постоянному кровяному давлению у разных видов.

Ху и Хэйтон в 2001 году обсуждают, является ли базальной скоростью метаболизма ⅔ или ¾ мощность массы тела. Сообщается, что вводятся рекомендации, вводящие в заблуждение.

Онлайн-аллометрический скейлер доз лекарств. на основе вышеуказанной работы.

Управление по санитарному надзору за пищевые продукты и медикаменты США (FDA) опубликовало в 2005 году блок-схему, в которой представлены решения и расчеты, использованные для получения рекомендуемого начального доза препарата клинические испытания на основе данных на животных.

Аллометрическое масштабирование при жидкостной локомоции

Этот технический раздел не очень хорошо написан и требует редактирования.

Масса и плотность организма имеют большое влияние на передвижение организма через жидкость. Например, крошечные организмы используют жгутики и могут эффективно перемещаться, в которой они находятся во взвешенном состоянии. Затем по другой шкале, синий кит, который намного массивнее и плотнее по с вязкостью жидкости, по сравнению с бактерией в та же среда. Способ, которым жидкость взаимодействует с внешними границами организма, важен для передвижения через жидкость. Для обтекаемых пловцов сопротивление или сопротивление определяет работоспособность организма. Это сопротивление или сопротивление можно увидеть в двух схемах потока. Существует ламинарный поток, при котором жидкость непрерывно после того, как организм движется через нее. Турбулентный поток - это противоположность, когда жидкость грубо движется вокруг организма, которые поглощают энергию движения или импульса организма. Масштабирование также влияет на передвижение через жидкость из-за энергии, необходимой для организма и поддержание скорости за счет импульса. Уровень расхода кислорода на грамм размера тела. (Knut Schmidt-Nielson 2004)

В общем, более мелкие и более обтекаемые организмы представляют ламинарный поток (R < 0.5x106), whereas larger, less streamlined organisms produce turbulent flow (R>2,0 × 106). Кроме того, увеличение скорости (V) увеличивает турбулентность, что можно доказать с помощью уравнения Рейнольдса. Однако в природе такие организмы, как дельфин размером 6-6 дюймов, движущиеся со скоростью 15 узлов, не имеют соответствующих чисел Рейнольдса для ламинарного потока R = 107, но проявляют его в природе. Г. А. Стивен наблюдал и задокументировал дельфинов, движущихся со скоростью 15 узлов рядом с его кораблем, оставляя единственный световой след, когда фосфоресцентная активность в море была высокой. Факторы, которые влияют на это:

  • Площадь поверхности организма и ее влияние на жидкость, которая действует, очень важны для определения параметров передвижения.
  • Скорость движения организма в жидкости изменяет динамику потока вокруг этого организма, и по увеличению скорости форма организма становится более важной для ламинарного потока.
  • Плотность и вязкость жидкости.
  • Длина организма учитывается в уравнении площади поверхности только передних 2/3 сопротивления жидкости на сопротивление

Сопротивление движению приблизительно обтекаемого твердого тела через можно выразить формулой: Cfρ(вся поверхность) V2 / 2. V = скорость

ρ = плотность жидкости
Cf= 1,33R - 1 (ламинарный поток) R = число Рейнольдса
число Рейнольдса [R] = VL / ν
V = скорость
L = осевая длина организма
ν = кинематическая вязкость (вязкость / плотность)

Известные числа Рейнольдса:

R < 0.5x106 = laminar flow threshold
R>2,0x106 = t Порог урбулентного потока

Масштабирование также влияет на жизнедеятельность организмов в жидкости. Это очень важно для морских млекопитающих и других организмов, которые зависят от атмосферного кислорода для выживания и осуществления дыхания. Это может повлиять на то, насколько быстро организм может эффективно двигаться, и, что более важно, на то, как долго он может действовать, как долго, насколько быстро он может действовать под водой. Масса сердца и объем легких важны для определения того, как масштабирование может повлиять на функцию функции и эффективность. У водных млекопитающих, сердце одинакового размера, пропорциональное их телу.

У млекопитающих сердце составляет около 0,6% от общей массы тела, от маленькой мыши до большого синего кита. Его можно выразить как: Вес сердца = 0,006Mb1.0, где Mb - масса тела человека. Объем легких также связан с массой тела у млекопитающих (наклон = 1,02). Легкое имеет объем 63 мл на каждый кг массы тела. Кроме того, дыхательный объем в состоянии покоя у человека составляет 1/10 объема легких. Кроме того, затраты на дыхание по отношению к потреблению кислорода масштабом в размере 75 МБ. Это показывает, что млекопитающих независимо от размера, имеют одинаковые размеры дыхательной и сердечно-сосудистой систем, в свою очередь, имеют одинаковое количество крови: около 5,5% массы тела. Чем эффективнее они путешествовать по сравнению с более мелкой особью. Для перемещения на одну длину тела требуется одинаковое усилие, независимо от того, составляет ли человек один метр или десять метров. Это может объяснить, почему большие киты могут мигрировать на большие расстояния в океанах и не останавливаться для отдыха. Более крупный размер метаболически дешевле. Это касается и наземных, и летающих животных. Фактически, чтобы организм мог перемещаться на любое расстояние, независимо от типа от слонов до многоножек, более мелкие животные потребляют больше кислорода на единицу массы тела, чем более крупные. Это метаболическое преимущество, которым обладают более крупные морские млекопитающие нырять в более продолжительных периодов времени, чем их более мелкие млекопитающие собраны. Более низкая частота сердечных сокращений означает, что более крупные животные могут переносить больше крови, которая переносит больше кислорода. Также в сочетании с тем фактом, что репарация у млекопитающих обходится в масштабах порядка 75 МБ, показывает, какое преимущество может иметь большая масса тела. Проще говоря, более крупный кит может удерживать больше кислорода и более менее метаболически потреблять его, чем более мелкий кит.

Путешествие на большие расстояния и глубокое погружение - это сочетание хорошего выносливости, а также движение с эффективной скоростью и способом создания ламинарного потока, уменьшение сопротивления и турбулентности. В морской воде как морских водоемов, крупных морских водорослей. На суше животные расходовать часть своей энергии во время передвижения, чтобы бороться с гравитацией.

Летающие организмы, такие как птицы, также считаются движущимися в жидкости. При измерении чешуек у птиц аналогичной формы также было замечено, что более крупные особи имеют меньшие метаболические затраты на килограмм, чем более мелкие виды, чего можно ожидать, поскольку это справедливо для всех других форм животных. У птиц также есть различия в частотах взмахов крыльев. Даже с компенсацией более крупных крыльев на единицу массы тела у более мелких птиц, что позволяет более крупным птицам летать на больших высотах, на больших расстояниях и с большей абсолютной скоростью, чем у мелких птиц. Из-за динамики движения на основе подъемной силы и гидродинамики птицы имеют U-образную кривую метаболических затрат и скорости. Потому что полет в воздухе метаболически более затратен при самых низких и самых высоких скоростях. С другой стороны, мелкие организмы, такие как насекомые, извлечь выгоду из вязкости жидкости (воздуха), которой они движутся. Точно рассчитанный по времени взмах крыльев может поглощать энергию от предыдущего удара (Dickinson 2000). Эта форма захвата следа позволяет организму рециркулировать энергию из жидкости или вихрей внутри этой жидкости, созданной самим организмом. Такой же вид следа наблюдается и у водных организмов, и у организмов всех размеров. Эта динамика движения позволяет более мелким способом получить преимущество, потому что воздействие на них со стороны жидкости намного больше из-за их меньшего размера.

Аллометрическая инженерия

Аллометрическая инженерия - это метод манипулирования аллометрическими отношениями внутри или между группами.

В характеристиках города

Утверждая, что существует ряд аналогичных концепций и механизмов между городами и биологическими объектами, Bettencourt et al. продемонстрирован ряд имеющихся возможностей города и размером города. ВВП, «сверхкреативная» занятость, количество изобретателей, распространение болезней и даже скорость пешеходов зависит от городского населения.

Примеры

Некоторые примеры аллометрических законов:

  • закон Клейбера, скорость метаболизма q 0 {\ displaystyle q_ {0}}q_0 пропорционально массе тела M {\ displaystyle M}M в степени 3/4 {\ displaystyle 3/4}3/4степени:
q 0 ∼ M 3 4 {\ displaystyle q_ {0} \ sim M ^ {\ frac {3} {4}}}q_ {0} \ sim M ^ {\ frac {3} {4}}
  • дыхание и частота сердечных сокращений t {\ displaystyle t}t обратно пропорциональны к массе тела M {\ displaystyle M}M в степени 1/4 {\ displaystyle 1/4}1/4 степени:
t ∼ M - 1 4 {\ displaystyle t \ sim M ^ {- {\ frac {1} {4}}}}{\ displaystyle t \ sim M ^ {- {\ frac {1} {4}}}}
  • площадь контакта с массопереносом A {\ displaystyle A}A и масса тела M {\ displaystyle M }M :
A ∼ M 7 8 {\ displaystyle A \ sim M ^ {\ frac {7} {8}}}A \ sim M ^ {\ frac {7} {8}}
  • пропорциональность между оптимальной крейсерской скоростью V opt {\ displaystyle V_ {opt}}V_ {opt} летающих тел (насекомых, птиц, самолетов) и массы тела M {\ displaystyle M}M подняты до мощности 1/6 {\ displaystyle 1/6}1/6 :
V opt ∼ M 1 6 {\ displaystyle V _ {\ text {opt}} \ sim M ^ {\ frac { 1} {6}}}{\ Displaystyle V _ {\ текст {opt}} \ sim M ^ {\ frac {1} {6}}}

Детерминанты размера у разных видов

Многие элементы определения массы и размера тела данного животного. Эти факторы часто влияют на размер тела в эволюционном масштабе, но такие условия, как наличие пищи и размер среды среды обитания, действуют на вид гораздо быстрее. Другие примеры включают следующее:

  • Физиологический дизайн
Базовый физиологический дизайн играет роль в данном виде. Например, животные с закрытой системой кровообращения крупнее животных с открытой системой кровообращения или без нее.
  • Механическая конструкция
Механическая конструкция также может определять максимально допустимый размер для вида. Животные с трубчатыми эндоскелетами, как правило, крупнее животных с экзоскелетами или гидростатическими скелетами.
  • Среда обитания
Среда обитания животного на протяжении его эволюции является одним из важнейших факторов, определяющих его размер. На суше существует положительная корреляция между массой тела высших видов в данной местности и доступной земельной площадью. Однако в любом конкретном районе гораздо больше «мелких» видов. Это, скорее всего, определяется экологическими условиями, эволюционными факторами и доступностью пищи; небольшая популяция крупных хищников зависит от гораздо большей популяции мелких жертв, чтобы выжить. В водной среде самые крупные животные могут расти и иметь гораздо большую массу тела, чем наземные животные, где факторы гравитационного веса являются фактором.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 01:18:55
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте