我们许多人都知道生物新陈代谢的概念。例如，一个人吃得多而又不长胖，我们说这个人“新陈代谢快”；而一个吃得不多但体重仍会增加，我们说这个人“新陈代谢慢”。
我们每天进餐中的分子在其化学键中储存了能量。你身体的一些新陈代谢反应，例如构成细胞呼吸的反应，会提取这种能量并将其中的一部分捕获为三磷酸腺苷(ATP)。反过来，这种携带能量的分子可以用来驱动其他保持细胞运转的代谢反应。
生物在特定时间段内消耗的能量称为其代谢率。代谢率可以用每单位时间的焦耳、卡路里或千卡来衡量。一般来讲，成年男性的基本代谢率通常为到,成年女性的基本代谢率通常为到。
几个世纪以来，科学家们一直在归纳总结生物体的新陈代谢率关系。譬如，科学家们一直在问：大型动物与小型动物的新陈代谢率为什么不成比例？也就是说，大型动物与小型动物的体形大小及其所需要的食物量，与所消耗的能量为什么不成比例？大型动物比小型动物相对地消耗较少的能量以及需要较少的食物，譬如一种小老鼠（鼩鼱）每天需要摄入相当于其体重达三倍的食物，而一种巨大的鲸鱼（须鲸）每天只吃其体重5-30%的磷虾就可以生活？
约年前，科学家们提出了关于新陈代谢与体型之间不成比例关系的最早解释，尝试归纳总结出动物的代谢率与体重的大小所存在的关系，总结出不同的规律，譬如最早的研究结论是动物的代谢率与体重的2/3次幂呈正比关系，后来又有了3/4次幂的关系，等等。
一百多年来生物学家、生理学家、物理学家、数学家们尝试从物理学的热力学和数学的几何角度，来阐明这种代谢率与生物体的准确比例关系。
具有代表意义的是，年，法国科学家PierreSarrus和Jean-FranoisRameaux认为，能量代谢应该与表面积而不是体重或体积成比例。这是因为新陈代谢会产生热量，而动物可以散发的热量取决于其表面积。
自这一论点以来的年里，科学家们提出了许多对观察到的新陈代谢比例的替代解释。其中最著名的是美国科学家GeoffWest、JimBrown和BrianEnquist在年发表的论文提出了一个模型，描述了基本物质通过如循环系统的分支管网络的物理传输。该模型被认为是“理解体型在生物学各个方面的核心作用提供了理论和机理基础”。
历来提出的许多其他方法与模型，从哲学的角度上来讲，是类似的，试图通过调用物理和几何约束来解释生物模式。
当想到“揭开宇宙的奥秘”时，我们常常会想到物理学，如天文学家通过望远镜观察遥远的星系，或物理实验家在大型强子对撞机上将基本粒子撞个粉碎。当生物学家试图解开生命的深层奥秘时，也倾向于接触物理学。
但发表在这一期《科学》杂志上的最新研究结果表明，物理学可能并不总是能找到生物学问题的答案。该论文指出，虽然以前解释这种关系的努力依赖于物理学和几何学，但该研究认为真正的答案在于进化。这种进化关系使动物产生后代的能力最大化。论文题为：“代谢进阶是生命史优化的产物”：
论文指出，代谢理论认为能量吸收和分配的物理限制驱动了生物过程。该理论预测了广泛的生态模式，例如观察到的动物代谢率和体型之间的异速生长比例关系。开发了一种新理论，表明这种模式也可以通过进化同时作用于生物体的新陈代谢、生长和繁殖来解释。使用来自12个动物门的10,多个物种的数据，他们发现支持这样的预测，即物种的终生繁殖得到优化，生长和繁殖都随着代谢水平的增加而增加。这项工作提出了代谢和生命史理论之间的桥梁，这是理解生态模式的两种基本方法。
论文认为，生物体利用能量来生长和繁殖，因此能量代谢和生物生产过程应该紧密结合。在此原则的基础上，我们开发并测试了一种新理论，该理论可以预测生命的三个基本方面之间的关系：代谢率、生长和繁殖。我们表明，这些过程的优化产生了观察到的后生动物生命的异速生长，特别是代谢缩放。我们得出结论，新陈代谢、生长和繁殖是密不可分的。它们共同决定适合度；而且，与长期存在的教条相反，没有一个组件驱动另一个组件。我们的模型预测，人为变化将导致动物进化出新陈代谢指数降低、生长速度加快和终生生殖产出减少，对未来种群的补充产生令人担忧的后果。
论文研究认为，生命有机体不能违背物理定律。然而，生物进化已被证明非常擅长寻找克服物理和几何限制的方法。该研究避开这些物理和几何约束，决定看看代谢率和体型之间的关系会发生什么变化。
为此，该研究开发了一个关于动物在其一生中如何使用能量的数学模型。在该模型中，动物在生命早期将能量用于生长，然后在成年期将越来越多的能量用于繁殖。
该研究使用这种模型来确定动物的哪些特征导致其一生中最多的繁殖——毕竟，从进化的角度来看，繁殖起到主要作用。
研究发现，在繁殖方面最成功的动物，正是那些我们在现实生活中所看到的与所预计的、代谢与体型最不成比例的动物！
这一发现表明，不成比例的代谢进阶并不是物理或几何限制的必然结果。相反，自然选择会产生这种比例，因为它有利于永远繁殖。
著名俄裔美国进化生物学家、遗传学家、费奥多西·多布然斯基，在年所著的现代综合进化学说的主要论著之一、《遗传学与物种起源》中曾提出，“离开了进化论，生物学没有任何意义”。
该研究发现，即使没有物理限制也会出现不成比例的新陈代谢比例，这表明过去是在寻找错误的解释。
物理限制可能是生物模式的主要驱动因素，但并不像人们想象的那样频繁。进化的可能性比我们想象的要广泛。
研究认为，为什么我们历来如此愿意引用物理的约束来解释生物学？也许是因为我们在看似普遍的物理解释的安全避难所中，比在用进化解释相对未探索的生物荒野中，感到更舒适。
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