В мире животных размер имеет значение, особенно когда речь идет о теплопродукции. Крупные животные, обладая большим количеством клеток, производят больше тепла за счет интенсивного клеточного метаболизма. Но как именно связаны размер животного и количество вырабатываемого им тепла?
На первый взгляд может показаться, что теплопродукция должна увеличиваться пропорционально объему тела. Ведь чем больше животное, тем больше у него клеток, каждая из которых вносит свой вклад в общий метаболизм. Однако природа устроена сложнее.
Ключевую роль в этом вопросе играет соотношение площади поверхности тела к его объему. С увеличением размера животного это соотношение уменьшается: площадь поверхности растет пропорционально квадрату длины, а объем – кубу. Именно поэтому у слона отношение площади поверхности к объему значительно меньше, чем у мыши. Если бы метаболизм был пропорционален объему, крупные животные столкнулись бы с серьезной проблемой перегрева.
Исторически сложились разные подходы к объяснению этого феномена. Макс Рубнер еще в 1883 году предположил, что метаболизм пропорционален площади поверхности тела. Однако в 1930-х годах Макс Кляйбер выдвинул иную гипотезу: метаболизм увеличивается пропорционально массе тела в степени 3/4. Это значение находится между показателями для объема (степень 1) и площади поверхности (степень 2/3).
Современная теория метаболического масштабирования, предложенная Джеффри Уэстом, Брайаном Энквистом и Джеймсом Брауном, объясняет показатель 3/4 с помощью концепции фрактальной геометрии. Согласно этой теории, системы кровообращения и другие физиологические сети в организмах животных организованы по фрактальному принципу, что обеспечивает наиболее эффективное удовлетворение их физиологических потребностей.
Энквист метафорически описывает это явление так: "Хотя живые существа занимают трехмерное пространство, их внутренняя физиология и анатомия функционируют так, как если бы они были четырехмерными". Эта концепция позволяет объяснить степенной показатель 3/4 как отношение размера объема к фрактальной размерности.
Однако стоит отметить, что данная теория не является общепринятой. Некоторые биологи оспаривают как сам закон Кляйбера, так и его теоретическое обоснование, предложенное Уэстом, Энквистом и Брауном.
Таким образом, вопрос о точной зависимости теплопродукции животного от его размера остается предметом научных дискуссий, демонстрируя сложность и многогранность биологических процессов.