克莱伯定律

克莱伯定律（Kleiber's law）^[1]根据观测数据提出，对于很多动物，其基础代谢率水平与体重的¾次幂成正比，该定律得名于1930年代早期马克斯·克莱伯的生物学著作。若用符号表示，设q₀为该动物的代谢率，M是其重量，则q₀ ~ M^¾。因此一只猫的重量是一只老鼠的100倍，它的代谢量比老鼠约大31倍。而在植物中，指数则接近于1。

Figure 1. Body size versus metabolic rate for a variety of species^[2]. Originally published in Kleiber (1947).

定律背后的原因

根据一些学者的研究，^[3][4]克莱伯定律像许多其他的异速生长定律一样，是动物循环系统物理学和几何学特性的结果。同一物种中，年轻的个体比老的个体每份重量所占的呼吸更多，因为它们体重中中组织结构的比例更大，而储能的比例较小。结构质量需要耗费养护能量，而储能的质量则不需要。

具体来说，West， Enquist和Brown提出三点假设（1）代谢率B正比于循环系统中的营养流量（即体液总流量）Q，即${\displaystyle B\propto Q}$（2）体液（例如血液）总体积V正比于体重M，即${\displaystyle V\propto M}$。这个假设的成立意味着循环系统中的能量耗散降至最低（3）循环系统由微管组成（例如毛细血管、肺泡）。循环系统中的微管尽管千差万别，但总的来说，都具有层级结构，有自相似性。因为通过一个微管的体液流量正比于微管体积，所以微管总数N正比于体液总流量，即

${\displaystyle Q\propto N}$

另一方面，体液具有不可压缩性。而循环系统具有自相似性（假设3）。如果我们将循环系统描述为由大大小小的圆柱连接成的系统，那么以上两点就要求圆柱总数（即微管总数）{{Mvar|N}和体液总体积V满足

${\displaystyle N^{4}\propto V^{3}}$

再结合假设1、2，可得

${\displaystyle B\propto M^{\frac {3}{4}}}$

参见

• 幂定律

参考资料

1. Max Kleiber. Body size and metabolism. Hilgardia. 1932, 6: 315–351.
2. Kleiber M. Body size and metabolic rate. Physiological Reviews. 1947, 27 (4): 511–541. PMID 20267758.
3. West, Geoffrey; Brown, Enquist. A General Model for the Origin of Allometric Scaling Laws in Biology. Science. 1997, 276 (122). 引文使用过时参数coauthors (帮助)
4. Shour, Robert. Entropy and its relationship to allometry. arXiv. November 2012,. arXiv:0804.1924 [2014-02-06]. （原始内容存档于2019-06-30）.