规律 复杂世界的简单法则(规模–复杂世界的简单法则)

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本文节选自《规律 复杂世界的简单法则》电子版：

4.普抽性和和苔控生命的神奇数字“42”克莱伯和定律的系统规律性令人惊叹，而同样令人惊讶的是，与之类似的系统性规模法则适用于从细胞到鲸再到生态系统的各种生命形态的几乎所有生理特征或生命史特征。除了代谢率，它还包括诸如增长率、基因组长度、主动肪长度、树木高度、大脑灰质数量、进化速率和寿命等，如图3-2~图3-5所示。可能有超过50种这样的规模法则，令人吃惊的是，它们的对应指数都接近1/4的整数倍《〈类似克莱伯定律中的3/4)。例如，增长率对应的指数非常接近3/4，主动脉长度和基因组长度对应的指数均接近1/4，树木高度对应的指数接近1/4，主动脉和树干不同区域对应的指数均接近3/4，脑容量对应的指数也接近3/4，大脑白质体积和大脑灰质体积对应的指数接近5/4，心率对应的指数接近-1/4，细胞中的线粒体密度对应的指数接近-1/4，进化速率对应的指数接近-1/4，蒜膜扩散率对应的指数接近-1/4，寿命对应的指数接近1/4..….数不胜数。这里的负数表示相应

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的数量会随着规模的扩大而减少，而非增加。例如，随着体形的增长，心率会按照1/4才律下降，正如图3-3所示。我不禁想要提醒你的是，主动脉和树干也按照相同的方式缩放。尤其引人注意的是，隐藏在肾的指数1/4中的数字4在所有指数中都有出现。它在生命的各个领域无所不在，似乎扮演着特殊、基础的角色，能够决定生物体的许多特征，无论其进化设计如何。仔细观察，一个普遍性的模式逐渐显现出来，这有力地表明，进化受到了自然选择以外的其他物理学原则的制约。这些系统性比例关系与直党非常不同，它们表明几乎所有生物体的生理特征和生命史特征都主要由其体形决定。例如，生物的生命速度随着体形的增长而系统性、可预测地下降:大型哺乳动物寿命更长，成熟期更长，心率更慢，细胞的工作强度弱于小型哺乳动物，而且所有的速度都可预测。哺乳动物的体重增长一倍，其寿命、成熟期等时间斥度平均增长25%，心率等速度也会按照相同的比例减缓。鲸生活在海洋中，大象有象旺，长颈鹿有长脖子，我们直立行走，睡鼠小步疾走，

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尽管存在这些显著的差别，但我们在很大程度上都是彼此按非线性比例缩放的版本。如果你告诉我一只哺乳动物的体形大小，我便可以通过规模法则告诉你有关它的可量化特征的平均值:它每天需要吃多少食物，它的心率是多少，它需要多长时间才能发育成熟，它的主动脉的长度和半径是多少，它的寿合有多长，它将会有多少个后代，等等。鉴于生命所具有的极度复杂性和多样性，这一普凯事实实在令人感到惊诈。图3-2~几3-5是众多比例例子中的一小部分，表明了它们惊人的普遍性和多样性。图3-2展示的是昆虫群体或昆虫个体的生物量生产速度，表明它们都随着体重的增长而以3/4的指数发生比例变化，正如图1-1所示的动物代谢率。图3-3展示的是哺乳动物的心率随着体重的增长以-14的指数发生比例变化。图3-4展示的是哺乳动物大脑白质体积与大脑灰质体积随着体重的增长以5/4的指数发生比例变化。图3-5展示的是单个细胞和细菌的代谢率与它们的体重按照多细胞动物经典的克莱伯定律以3/4的指数发生比例变化。

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