چرا حیوانات بزرگ‌تر غذای کمتری مصرف می‌کنند؟

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از پایگاه خبری فیز (phys)، قرن‌ها است دانشمندان این سؤال را مطرح کرده‌اند که «چرا حیوانات بزرگ انرژی کمتری می‌سوزانند و در مقایسه با حیوانات کوچک به غذای کمتری نیاز دارند؟» یا «چرا یک خروس کوچک نیاز دارد سه برابر وزن خود در هر روز غذا مصرف کند، در حالی که یک نهنگ عظیم‌الجثه می‌تواند با مصرف روزانه کریل‌ها (سخت‌پوستان بسیار کوچک و میگومانند) فقط به اندازه ۵ تا ۳۰ درصد از وزن بدنش زندگی کند؟».

در حالی که تلاش‌های قبلی برای توضیح این رابطه، بر فیزیک و هندسه تکیه داشت، فیزیکدانان معتقدند که پاسخ واقعی تکاملی است؛ این همان چیزی است که توانایی حیوان را برای تولید نسل به حداکثر می‌رساند.

محدودیت‌های فیزیکی چقدر در شکل‌دهی زندگی نقش دارند؟

اولین توضیح درباره رابطه نامتناسب متابولیسم و اندازه بدن حیوانات، حدود ۲۰۰ سال پیش ارایه شد. در سال ۱۸۳۷، دانشمندان فرانسوی پی‌یِر سارو (Pierre Sarrus) و ژان فرانسوا رامو (Jean-François Rameaux)، استدلال کردند که متابولیسم باید با مساحت سطح اندازه‌ گرفته شود نه با توده یا حجم بدنی. دلیل این موضوع این است که متابولیسم حرارت ایجاد می‌کند و میزان حرارتی که یک حیوان می‌تواند دفع کند به مساحت سطح آن بستگی دارد.

در سال ۱۹۹۷، محققان آمریکایی مدلی را پیشنهاد کردند که انتقال فیزیکی مواد ضروری را از طریق شبکه‌های لوله‌های انشعاب مانند سیستم گردش خون توصیف می‌کند. آن‌ها استدلال کردند که مدلشان «یک مبنای نظری و مکانیکی برای درک نقش مرکزی اندازه بدن در تمام جنبه‌های زیست‌شناسی» ارایه می‌دهد.

این دو مدل از نظر فلسفی شبیه هم هستند؛ مانند بسیاری از رویکردهای دیگر ارایه‌شده در قرن گذشته، آن‌ها سعی می‌کنند الگوهای زیست‌شناسی را با استناد به محدودیت‌های فیزیکی و هندسی توضیح دهند.

تکامل راهش را پیدا می‌کند

موجودات زنده نمی‌توانند از قوانین فیزیک سرپیچی کنند. با این حال ثابت شده است که تکامل در یافتن راه‌هایی برای غلبه بر محدودیت‌های فیزیکی و هندسی بسیار خوب عمل می‌کند.

پژوهشگران در پژوهش جدیدشان، تصمیم گرفتند مشاهده کنند اگر محدودیت‌های فیزیکی و هندسی مانند این را نادیده بگیرند، چه اتفاقی برای رابطه بین سرعت متابولیسم و محدودیت‌های هندسی می‌افتد؛ بنابراین آن‌ها یک مدل ریاضی از نحوه استفاده حیوانات از انرژی در طول عمر خود طراحی کردند. در این مدل، حیوانات در اوایل زندگی خود انرژی را به رشد اختصاص می‌دهند و سپس در بزرگسالی مقادیر فزاینده‌ای از انرژی را صرف تولیدمثل می کنند. 

این یافته‌ها نشان می‌دهد مقیاس‌گذاری نامتناسب متابولیک نتیجه اجتناب‌ناپذیر محدودیت‌های فیزیکی یا هندسی نیست؛ بلکه نتیجه انتخاب طبیعی است؛ زیرا برای تولیدمثل مادام‌العمر مفید است.

بیابانِ بررسی‌نشده

زیست‌شناس معروف تکاملی روس‌آمریکایی، تئودوسیوس دوبژانسکی می‌گوید: هیچ‌چیز در زیست‌شناسی معنا ندارد مگر در پرتو تکامل.

یافته‌های دانشمندان مبنی‌بر اینکه مقیاس‌گذاری نامتناسب متابولیسم می‌تواند حتی بدون محدودیت‌های فیزیکی ایجاد شود، نشان می‌دهد که قبلاً در مکان اشتباهی به دنبال یافتن توضیحات به جست‌وجو پرداخته بودند. محدودیت‌های فیزیکی ممکن است کمتر از آنچه تصور می‌شد محرک‌های اصلی الگوهای زیست‌شناسی باشد. امکانات موجود برای تکامل، گسترده‌تر از چیزی است که دانشمندان از آن اطلاع دارند.

آن‌ها اظهار می‌کنند: چرا این‌قدر مایل بوده‌ایم برای توضیح زیست‌شناسی به محدودیت‌های فیزیکی استناد کنیم؟ شاید به این دلیل که در پناهگاه امن تبیین‌های فیزیکی به ظاهر جهانی راحت‌تر هستیم تا در بیابان زیست‌شناسی نسبتاً ناشناخته تبیین‌های تکاملی.