Конструктальный закон объясняет, почему крупные существа живут дольше и путешествуют дальше
Загадку биологии о более длинной продолжительности жизни крупных существ может объяснить применение физического закона — Конструктального закона.
Этот закон, предложенный Адрианом Бежаном, профессором машиностроения в Duke University, утверждает, что любой поток (река, кровоток или сеть дорог) эволюционирует к одной базовой конфигурации ради повышения эффективности. Этот же закон применим ко всем движущимся телам — животным или грузовикам.
В статье в Scientific Reports от 24 августа Бежан доказывает, что существует универсальная тенденция: более крупные объекты, одушевленные и неодушевленные, живут дольше и перемещаются на большее расстояние.
- Биология: Крупные животные живут дольше.
- Неживые системы: Анализ показал, что более крупные реки старше, а крупные струи воздуха (например, атмосферные струйные течения) существуют дольше. Расчёты также предсказывают, что крупные транспортные средства должны служить дольше.
Все эти системы, будучи крупнее и долговечнее, также преодолевают большее расстояние. Движение массы животных или машин аналогично течению воды в руслах рек — это один и тот же дизайн.
Ключевое наблюдение: Если построить график зависимости размера тела и продолжительности жизни известных видов животных, он ляжет на линию с наклоном ~¼. График зависимости частоты дыхания от размера тела даёт наклон -¼.
Объединение этих зависимостей приводит к константе — количеству вдохов за жизнь. У большинства существ это число примерно одинаково, но более крупные животные с медленным дыханием «растягивают» эти вдохи на большее время. Следовательно, крупнее — значит дольше живёшь.
Конструктальный закон определяет, насколько большим должен быть двигатель грузовика или сердце кита. «Между транспортным средством и животным нет разницы. Быть крупнее означает две вещи: жить дольше и путешествовать дальше», — утверждает Бежан.
Правило имеет исключения (например, полярная крачка весом ~113 г пролетает > 44 000 миль в год), но тенденция универсальна: «Всё, что движется, подчиняется одному дизайну».