Abstract -- Аннотация

Recent discussions of metabolic scaling laws focus on the model of West, Brown & Enquist (1997) (WBE). The core assumptions of the WBE model are the size-invariance of terminal units at which energy is consumed by living matter and the size-invariance of the rate of energy supply to these units. Both assumptions are direct consequences of the biochemical universality of living matter. However, the second assumption contradicts the central prediction of the WBE model that mass-specific metabolic rate q should decrease with body mass with a scaling exponent m = - 1/4, thus making the model logically inconsistent.
Examination of evidence interpreted by WBE and colleagues in favour of a universal m = - 1/4 across fifteen and more orders of magnitude range in body mass reveals that this value resulted from methodological errors in data assortment and analysis.
Instead, the available evidence is shown to be consistent with the existence of a size-independent mean value of mass-specific metabolic rate common to most taxa. Plotted together, q values of non-growing unicells, insects and mammals in the basal state yield m » 0. Estimated field metabolic rates of bacteria and vertebrates are also size-independent.
Standard mass-specific metabolic rates of most unicells, insects and mammals studied are confined between 1 and 10 W kg^-1. Plant leaves respire at similar rates. This suggests the existence of a metabolic optimum for living matter. With growing body size and diminishing surface-to-volume ratio organisms have to change their physiology and perfect their distribution networks to keep their q in the vicinity of the optimum.

Related publications: Gorshkov (1981) Makarieva, Gorshkov, Li (2005) JTB Makarieva, Gorshkov, Li (2004) EM

В последнее время дискуссии метаболического скейлинга сфокусированы на модели Веста, Брауна и Энквиста (1997) (ВБЭ). Ключевыми постулатами модели ВБЭ являются независимость от размера терминальных единиц, на масштабе которых осуществляется потребление энергии живой материей, а также независимость от размера скорости поставки энергии к этим единицам. Оба постулата напрямую следуют из биохимической универсальности живой материи. Однако второй постулат противоречит главному предсказанию модели ВБЭ, а именно, что удельная метаболическая мощность q должна уменьшаться с ростом массы тела со степенным показателем m = - 1/4, что делает модель ВБЭ логически несостоятельной.
Анализ эмпирических данных, интерпретируемых ВБЭ и коллегами в пользу существования универсального степенного показателя m = - 1/4 в интервале массы тела, изменяющейся на пятнадцать и более порядков, показал, что это значение получено вследствие методологических ошибок при сборе и анализе данных.
Напротив, показано, что имеющиеся данные согласуются с предположением о существовании не звисящей от размера средней величины удельной метаболической мощности, общей для большинства таксонов. Совместный анализ величин q нерастущих одноклеточных, насекомых и млекопитающих в базальном состоянии дал величину m » 0. Оценные удельные метаболические мощности бактерий и позвоночных в естественных условиях также не зависят от размера.
Стандартные удельные метаболические мощности большинства исследованных одноклеточных, насекомых и млекопитающих заключены в интервале от 1 до 10 Вт кг^-1. Листья растений дышат с той же скоростью. Это свидетельствует о существовании метаболического оптимума для живой материи. С ростом размера тела и уменьшением отношения поверхность/объем живые организмы вынуждены изменять свою физиологию и совершенствовать распределительные системы, чтобы поддерживать значение q вблизи оптимума.

Родственные публикации: Горшков (1981) Макарьева, Горшков, Ли (2005) JTB Макарьева, Горшков, Ли (2004) EM