Alapanyagcsere és testtömeg - a válasz egy évszázados Medlife rejtvényre
Az alapanyagcsere az a minimális energia, amelyet egy szervezet az életben maradásához elfogyaszt, és a kutatók meg akarták állapítani, hogyan változhat testtömegtől függően.
Egy multidiszciplináris kutatócsoportnak sikerült megoldania azt a rejtvényt, amely az elmúlt évszázadban kihívást jelentett a biológusok számára: Miért változik a test bazális anyagcseréje a testtömeg függvényében?
A kutatási eredményeket a "Nature - Scientific Reports" cikkben tették közzé, tájékoztatja a ruvid.org.
A rejtvény története, amely évszázadok óta kihívást jelent az orvostudomány számára
Egy nyugalmi állapotban lévő, 20 Celsius fokos hőmérsékletű helyiségben egy testtömeg-kilogrammonként körülbelül egy kalóriát fogyaszt el egy óra alatt. Összehasonlításképpen: egy elefánt fél kalóriát éget el testtömeg-kilogrammonként óránként, a laboratóriumi egér pedig 70 kalóriát éget el kilogrammonként egyszerre. Hogyan magyarázzuk meg ezeket a különbségeket?
Az egyik első tudós, aki megfigyelte ezt a jelenséget, Max Rubner német fiziológus volt, aki 1883-ban tanulmányozta a különböző méretű kutyák alapanyagcseréjét.
Rubner akkori válasza a bőrön keresztül elveszett testhő különbségét jelezte. Mivel a bőr felülete az alany méretétől függően változik, tömege pedig méretétől függően változik, az alapanyagcsere közvetlenül arányos a test tömegével, 2/3-os erővel.
Azonban egy emlősökön 1932-ben, Max Kleiber vezetésével végzett laboratóriumi kísérlet azt mutatta, hogy a bazális anyagcsere változásai a tömeg egyenes arányában változnak 3/4-es teljesítmény mellett. Az orvostörténelemben az új felfedezést Kleiber törvényének nevezik.
Az eredménytől az első és a második tanulmány közötti különbségek évtizedek óta intenzív vitát váltottak ki a tudósok között. A magyarázat keresése 1997-ben ért véget, Geoffrey West fizikus által javasolt fraktálmodellel, amely az egyenlet kitevőjét az erőforrásokat elosztó testhálózatok, például a keringési és a légzőrendszerek fraktálalakjával magyarázza.
A bazális anyagcsere sebességének mérése - finom és fáradságos küldetés
Ahogy nőtt a bazális anyagcsere mérések száma, egyre több laboratóriumi kísérlet kíséretében állatokon, a Geoffrey West által javasolt fraktál modell egyre több következetlenséget mutatott. Az egyenlet 3/4-es kitevője hibásnak bizonyult, amikor kisebb madarakról, rovarokról és még néhány emlősről is szó volt.
A Scientific Reports folyóiratban nemrégiben megjelent cikk szerzői jelenleg az asztrofizika elméleti modelljében azonosították az évszázados puzzle hiányzó darabját.
"Miközben a fraktálokról írtam egy másik cikket, amely Kleyber törvényéről szólt, rájöttem, hogy West fraktál modellje nem felel meg az alapproblémának. A termikus magyarázat hihetőbbnek tűnt, de figyelembe kellett vennünk. megfontolás és az a tény, hogy az energia rész nem oszlik el, mint a hő. Új perspektívát adtam a termikus módszerhez, és észrevettem, hogy az adatok tökéletesen illeszkednek az általunk javasolt elmélethez.
Ezt követően kiterjesztettük elméletünket az emlősökön és más élőlényeken végzett laboratóriumi kísérletekre, és rájöttünk, hogy megtaláltuk a magyarázatot - állítják a kutatók.
A megoldás - kompromisszum a passzív kalóriadagolás és az élő szervezetek minimális energiafogyasztása között
Az élő organizmus által elfogyasztott energia nem alakul át hővé - jelentik a kutatók.
Az egyik részt a sejtosztódás folyamata során használják fel, a másik részt a fehérjék szintetizálására, a test támogatására és működésének elősegítésére.
Ha az összes energiát hővé alakítanák át, az energiafogyasztás egyenlő lenne a 2/3-os teljesítménnyel, de ebben az esetben ez egy egyszerű fűtési mechanizmus lenne, mint egy radiátor, és nem egy élő szervezet.
Másrészt, ha az összes energiát hatékonyan fogyasztanák, a fogyasztás egyenesen arányos lesz a sejtek számával, vagyis a tömeggel, de az energia egy részét a test hevítéssel veszíti el.
Az élő szervezetek esetében a két szélsőség egyensúlyban van: mindkét komponens súlyozott összege, az egyik közvetlenül arányos az M tömeggel, a másik pedig egyenesen arányos az M tömeggel a 2/3 teljesítménynél.
Pontosabban, a bazális B metabolizmus a testtömeg és a testtömeg 2/3-os részének összegétől függően változik, ez magyarázza az emlősök és más élő szervezetek közötti bazális anyagcsere különbségeit.