चयापचय दर और स्केलिंग
पशु कितनी तेज़ी से ऊर्जा जलाते हैं, उस दर को कैसे मापा जाता है, और क्यों एक चूहा और एक हाथी चयापचय को शरीर के आकार से जोड़ने वाले एक ही आश्चर्यजनक नियम का पालन करते हैं।
Definition
चयापचय दर वह दर है जिस पर एक पशु ऊर्जा व्यय करता है, और चयापचय स्केलिंग वह व्यवस्थित तरीका है जिससे यह दर शरीर के आकार के साथ बदलती है, जिसे आमतौर पर एक एलोमेट्रिक शक्ति नियम द्वारा वर्णित किया जाता है जिसमें पूरे पशु का चयापचय द्रव्यमान के साथ आनुपातिक रूप से कम बढ़ता है।
Scope
यह विषय चयापचय दर के मापन और व्याख्या तथा शरीर के आकार पर इसकी निर्भरता को शामिल करता है: बेसल, मानक और क्षेत्र चयापचय दरें; प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष कैलोरीमेट्री; शरीर के द्रव्यमान के साथ चयापचय दर का एलोमेट्रिक स्केलिंग और लंबे समय से चली आ रही चौथाई-शक्ति बहस; और ऊर्जा व्यय पर तापमान और गतिविधि का प्रभाव। यह बताता है कि चयापचय स्केलिंग शरीर विज्ञान और पारिस्थितिकी को कैसे आकार देती है। कवरेज तुलनात्मक और यांत्रिक है।
Core questions
- किसी पशु की चयापचय दर को कैसे मापा जाता है?
- चयापचय दर शरीर के आकार के साथ कैसे बदलती है, और स्केलिंग घातांक क्या है?
- बड़े पशुओं में द्रव्यमान-विशिष्ट चयापचय दर कम क्यों होती है?
- तापमान और गतिविधि चयापचय दर को कैसे संशोधित करते हैं?
Key theories
- क्लेबर का नियम (चौथाई-शक्ति स्केलिंग)
- पूरे पशु की चयापचय दर शरीर के द्रव्यमान के साथ तीन-चौथाई के करीब की शक्ति तक बढ़ती है न कि दो-तिहाई तक, इसलिए द्रव्यमान-विशिष्ट चयापचय पशुओं के बड़े होने पर गिरता है, एक संबंध जिसे क्लेबर ने एक विस्तृत आकार सीमा में प्रलेखित किया।
- सतह-नियम और आपूर्ति-नेटवर्क स्पष्टीकरण
- चयापचय स्केलिंग के लिए प्रस्तावित स्पष्टीकरण पुराने सतह-क्षेत्र तर्क से लेकर हैं, जो गर्मी के नुकसान को आयतन के सापेक्ष सतह से जोड़ता है, उन नेटवर्क मॉडलों तक जो घातांक को संसाधन-वितरण प्रणालियों की ज्यामिति के लिए जिम्मेदार ठहराते हैं; यह क्षेत्र अंतर्निहित कारण पर बहस जारी रखता है।
Mechanisms
चयापचय दर को सीधे पशु द्वारा उत्पादित गर्मी से मापा जाता है या, अधिक बार, ऑक्सीजन की खपत या कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन से अप्रत्यक्ष रूप से मापा जाता है, जो सामान्य गतिविधि के दौरान क्षेत्र दरों से आराम पर मापी गई बेसल या मानक दरों को अलग करता है। लॉगरिदमिक अक्षों पर शरीर के द्रव्यमान के विरुद्ध चयापचय दर को प्लॉट करने पर एक सीधी रेखा प्राप्त होती है जिसका ढलान स्केलिंग घातांक होता है, जो कई प्रजातियों में आराम करने वाले चयापचय के लिए लगभग तीन-चौथाई के करीब होता है। क्योंकि घातांक एक से कम है, बड़े पशु प्रति ग्राम कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हृदय गति, जीवनकाल, भोजन की आवश्यकताएं और अन्य दरें जो आकार के साथ बढ़ती हैं, प्रभावित होती हैं। तापमान एक्टोथर्म्स में चयापचय दर को लगभग घातीय संबंध के बाद बढ़ाता है, और गतिविधि अधिकतम एरोबिक क्षमता तक आराम के स्तर से कई गुना चयापचय को बढ़ा सकती है। स्केलिंग घातांक का यांत्रिक आधार - चाहे गर्मी का आदान-प्रदान, परिवहन-नेटवर्क ज्यामिति, या अन्य कारक - सक्रिय रूप से बहस का विषय बना हुआ है।
Clinical relevance
चयापचय स्केलिंग संबंध ऊर्जा आवश्यकताओं के अनुमान, शारीरिक चर के एलोमेट्रिक स्केलिंग और शरीर के आकार में चयापचय प्रदर्शन की तुलना को सूचित करते हैं। यह प्रविष्टि चिकित्सा मार्गदर्शन के बजाय शैक्षिक संदर्भ सामग्री है।
History
रूबनर के सतह नियम ने पहली बार चयापचय को गर्मी के नुकसान के माध्यम से शरीर के आकार से जोड़ा, और क्लेबर के 1932 के विश्लेषण ने तीन-चौथाई-शक्ति स्केलिंग स्थापित की जो उनके नाम पर है। श्मिट-नील्सन ने शरीर के आकार के साथ शारीरिक चर के स्केलिंग को संश्लेषित किया, और बाद में नेटवर्क-आधारित मॉडल ने घातांक के कारण पर बहस को फिर से जगाया।
Debates
- चयापचय स्केलिंग घातांक का मूल्य और कारण
- क्या आराम करने वाली चयापचय दर शरीर के द्रव्यमान के साथ तीन-चौथाई शक्ति तक बढ़ती है, सतह क्षेत्र से अपेक्षित दो-तिहाई शक्ति तक, या कोई एक सार्वभौमिक घातांक नहीं है, और कौन सा तंत्र - गर्मी का आदान-प्रदान, संसाधन-वितरण नेटवर्क ज्यामिति, या सेलुलर कारक - संबंध उत्पन्न करता है, यह अभी भी विवादित है।
Key figures
- Max Kleiber
- Knut Schmidt-Nielsen
- Max Rubner
- Charles Richard Taylor
Related topics
Seminal works
- kleiber1932
- schmidtnielsen1984
- hill2016
Frequently asked questions
- क्लेबर का नियम क्या है?
- यह वह अवलोकन है कि एक पशु की आराम करने वाली चयापचय दर उसके शरीर के द्रव्यमान के साथ लगभग तीन-चौथाई शक्ति तक बढ़ती है, इसलिए चयापचय आकार के साथ बढ़ता है लेकिन द्रव्यमान की तुलना में धीमी गति से।
- एक छोटे पशु का दिल बड़े पशु के दिल की तुलना में तेज़ी से क्यों धड़कता है?
- छोटे पशुओं में उच्च द्रव्यमान-विशिष्ट चयापचय दर होती है और उन्हें प्रति ग्राम ऊतक में तेज़ी से ऑक्सीजन पहुंचाना होता है, और हृदय गति सहित ऐसी कई दरें, चयापचय के अनुरूप शरीर के आकार के साथ बढ़ती हैं।