클라이버의 법칙은 다른 많은 생물학적 동종 법칙과 마찬가지로 동물 순환계의 물리학 및/또는 기하학의 결과입니다. 막스 클라이버는 개별 종 내의 호흡에 대한 많은 수의 독립적 인 연구를 분석 할 때 처음 법칙을 발견했습니다. 클라이버를 찾을 것으로 예상된 지수의 2⁄3(한 이유 아래에 설명),과 혼동해서 지수의 3⁄4 그는이 발견되었습니다.
휴리스틱 설명편집
클라이버의 법칙에 대한 한 가지 설명은 구조 질량과 성장 질량의 차이에 있다. 구조 질량은 유지 보수 비용을 포함하며 예비 질량은 그렇지 않습니다. 따라서 한 종의 작은 성인은 다른 종의 큰 성인보다 체중 단위당 더 많은 호흡을 하는데,이는 체질량의 큰 부분이 예비보다는 구조로 이루어져 있기 때문이다. 각 종 내에서 젊은(즉,작은)유기체는 성장의 간접비 때문에 동일한 종의 오래된(큰)유기체보다 무게 단위 당 더 많은 호흡을합니다.
지수 2,000,000 3 편
2,000,000 3-스케일링에 대한 설명은 열 소모를 피하기 위해 신진 대사율이 확장된다고 가정하는 경향이 있다. 몸이 그들의 표면을 통해 수동적으로 열을 잃고기,그러나 그들의 질량을 통하여 물질 대사로 열을 일으키기 때문에,신진대사 율은 사각 입방체 법률을 방해하기 위하여 그런 방법으로 확장해야 한다. 그렇게 할 정확한 지수는 2,000,000,000 입니다.
이러한 주장은 서로 다른 유기체가 서로 다른 모양을 나타낸다는 사실을 다루지 않는다(따라서 동일한 크기로 확장 되더라도 표면 대 부피 비율이 다르다). 유기 체의 표면적에 대 한 합리적인 추정 신진 대사 속도 선형 확장 표시.
지수 3,000,000 4 편
서,인스피스트,브라운(이후 웹)으로 인한 모델은 3,000,000,000 4-스케일링이 유기체 전체의 영양분 분포와 수송의 효율성으로 인해 발생한다는 것을 시사한다. 대부분의 유기체에서 신진 대사는 분지 세관(즉,식물 혈관 시스템,곤충 기관 또는 인간 심혈관 시스템)을 특징으로하는 순환 시스템에 의해 지원됩니다. 웹 주장(1)신진 대사 영양 흐름(또는,동등 하 게,총 유체 흐름)이 순환 시스템에서 비례 하 게 확장 해야 하 고(2)전송에 낭비 하는 에너지를 최소화 하기 위해,영양소(즉,혈액 볼륨)를 전송 하는 데 사용 하는 액체의 볼륨은 신체 질량의 고정된 부분.
그런 다음 가장 작은 순환 세뇨관(모세 혈관,폐포 등)의 수준에서이 두 주장의 결과를 분석하여 진행합니다.). 실험적으로,그 작은 세관에 포함 된 볼륨은 질량의 넓은 범위에 걸쳐 일정하다. 세뇨관을 통한 유체 흐름은 그 부피에 의해 결정되기 때문에 총 유체 흐름은 가장 작은 세뇨관의 총 수에 비례합니다. 따라서 비 기초 대사율,큐 총 유체 흐름,및 엔 최소 세뇨관의 수,
이 문제를 해결하려면 다음 단계를 수행하십시오.}
.
순환 시스템은 단순히 비례 적으로 더 큰 스케일링으로 성장하지 않는다;그들은 더 깊이 중첩된다. 중첩의 깊이는 세뇨관 치수의 자기 유사성 지수에 따라 다르며,그 깊이의 효과는 각 분기가 생성하는”자식”세관의 수에 따라 다릅니다. 이 값을 거시적 양에 연결하는 것은 정확한 세뇨관 모델에(매우 느슨하게)의존합니다. 웹는 경우,세관은 근사하여 실린더 엄밀한,다음을 방지하기 위해서,유체에서”얻는 막힌에서”작은 실린더,총 액체 볼륨 V 만족하는
N4∝V3{\displaystyle N^{4}\propto V^{3}}
.
기 때문에 혈액 양은 고정된 부분의 체질량,
B∝M3 4{\displaystyle B\propto M^{\frac{3}{4}}}
.
비-힘-법칙 스케일링편집
더 자세히 분석해보면 클라이버의 법칙은 다양한 스케일을 가지고 있지 않다는 것을 알 수 있다. 작은 동물(10 킬로그램 미만의 새 또는 곤충)의 신진 대사율은 일반적으로 2,000,000 3,000,000 4 보다 훨씬 더 적합;큰 동물의 경우,역 보유. 그 결과,체질량 대 신진 대사 속도의 로그-로그 플롯은 위쪽으로”곡선”으로 나타나고 2 차 모델에 더 잘 맞습니다. 모든 경우에 로컬 적합은 범위의 지수를 나타냅니다.네트워크 형상에 대한 가정을 유지하는 비주류계 모델에 대한 조정은 더 큰 스케일링 지수를 예측하여 관찰된 데이터와의 불일치를 악화시킨다. 그러나 하나는 프랙탈과 순환 모두 영양 전송 네트워크의 웨이의 가정을 완화하여 유사한 이론을 유지할 수 있습니다. (프랙탈 순환 네트워크는 반드시 수송에 사용되는 에너지를 최소화하기 위해 진화 할 것이라고 주장하지만,다른 연구자들은 자신의 파생 미묘한 오류가 포함되어 있다고 주장한다.)다른 네트워크는 효율적인은,그들이 전시 낮은 조수지만,대사률에 의해 결정 영양소의 운송은 항상 전시 간의 스케일링 2⁄3 3⁄4. 더 클 경우에는 대사 요금은 진화론적으로 선호하는 다음,low-질량 유기체들이 선호하는 그들의 네트워크를 규모로 2⁄3,하지만 대량생물하는 것을 선호합니다 그들의 네트워크로 3⁄4,생산하는 관찰된 곡면입니다.
변형된 열역학적 모델편집
대안 모델은 신진대사 속도가 단지 열을 발생시키는 역할을 하지 않는다는 것을 지적한다. 유용한 작업에만 기여하는 신진 대사 속도는 전력 1(선형)으로 확장되어야하는 반면,열 생성에 기여하는 신진 대사 속도는 표면적과 전력 2 와 함께 스케일에 의해 제한되어야합니다. 기초 신진대사 율은 그 때 이 2 개의 효력의 볼록한 조합입니다: 유용한 작업의 비율이 에프라면 기초 대사율은
비=에프 케이 미디엄+(1−에프)케이 미디엄 2 3{2}{3}}}
어디 케이 과 케이’비례 상수입니다. 특히 생물체의 표면적 비율을 설명하며 약 0.1 킬로*에이치−1*지-2/3;에 대한 일반적인 값 에프 아르 15-20%. 포도당 산화의 효율이 42%에 불과하기 때문에 이론적 인 최대 값은 21%이며,그렇게 생산 된 포도당 산화의 절반이 낭비됩니다.
