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Michael Levin
塔夫茨大学科学家;我的实验室研究生物、人工和混合系统多个尺度的解剖学和行为决策。
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如你所知,我痴迷于生物学中的幂律,这是基本原理的生物学结果,比如热力学第一定律的能量守恒。杰弗里·韦斯特 (Geoffrey West) 展示了高度优化的生物网络(例如血管或呼吸系统)如何导致异速生长缩放。具体来说,每单位体重的能量产生(质量比代谢率)以体重 (M) 的 -0.25 次方表示。这是所谓的克莱伯定律(或者我们在研究中称之为克莱伯-韦斯特定律)的一部分,其中全身基础代谢率的比例为 M^{0.75}。这就是为什么大象每克燃烧能量比老鼠更有效,但老鼠活得很快,而且死得很早。
有趣的是,同样的缩放也出现在睡眠等日常事物中。在哺乳动物中,每日睡眠时间遵循类似的幂律:它随着体型的减少而减小,大约为 M^{-0.25}。像鼩鼱这样的小型动物可能每天打瞌睡 15+ 小时,而像鲸鱼这样的巨人只能靠几个小时过得去。
这是一个线索,表明睡眠与新陈代谢密切相关。神经系统是能量消耗者,尽管仅占我们质量的 20%,但它消耗了我们身体高达 20% 的氧气。在较小的生物中,这些分形状的分配网络为每个细胞提供更多的氧气,让它们的大脑以更快的放电速率和更高的能量需求运行“更热”。但这种加速的新陈代谢会更快地耗尽资源,造成能量不足,而睡眠可能会进化来解决这些不足。从本质上讲,较小的哺乳动物消耗神经燃料的速度更快,需要更多的停机时间来补充。
在这种观点中,睡眠不仅仅是休息,它是克莱伯-韦斯特缩放所施加的能量权衡的古老解决方案,确保高新陈代谢的小动物不会破坏它们的回路。当然,今天的睡眠确实很花哨。在人类和其他哺乳动物中,它通过修剪快速眼动阶段不必要的突触来巩固记忆,并通过淋巴系统清除大脑毒素,淋巴系统在非快速眼动睡眠期间增加以排出 β-淀粉样蛋白等废物。
睡眠和新陈代谢的关系可能有进化史的证据。无氧代谢的出现可能与 2B 年前的大氧合事件有关。下一次氧化事件(新元古代氧化事件,750M 年前)为寒武纪大爆发奠定了基础,导致跨物种神经系统的出现。从那以后,我们就再也没有足够的氧气。
@RafSarnataro 等人发表的一篇伟大的《自然》论文的链接,以及该研究的一些实际意义,都在下一条评论中。像往常一样,请点赞和转发 - 这是很酷的科学(感谢@Alexey_Kadet提出这个问题)
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我不知道谁需要听这个,但我还是说了。对于所有给我发送你们一生工作的那些人,我表示歉意,没能回复你们。相信我,我知道全心投入一套理念,并倾注所有的血、汗和泪水是什么感觉。我了解有一个非传统故事要讲,并发现很难从主流中获得关注的感觉。我知道当一个想法抓住你并要求你推动它向前发展时的感觉。但我每天收到500到700封新邮件。我几乎无法处理来自我的博士后、学生、合作者、项目官员、期刊编辑和同事的邮件——这些人我有承诺和责任要履行。事情很多,研究和生物医学路线图是我的主要责任。我根本无法看到大多数人发送给我的关于他们最喜欢的万有理论或绝妙想法的邮件(每天大约20-30封);推特或回复也是如此——我是否能看到完全是运气。如果你没有收到回复,我几乎可以肯定我没有时间看到。这并不反映工作的质量。实际上,我相信在这些成千上万的邮件中,可能有一些真正的瑰宝。但我没有时间去筛选这些。而且很多内容超出了我的专业领域——从驱魔到量子理论,大多数与我或我的知识基础无关。哦,还有一个事实是,由于法律原因,我不被允许查看任何未经请求的非公开信息(例如,文档而不是像OSF Preprints那样的预印本链接)。但无论如何,要查看你的大想法,我必须放弃我或我的博士后的一个想法。这只是一天24小时的简单数学。我很抱歉;我希望每个人都有机会让合格的人关注他们辛勤工作的成果。
哦,这有一个有趣的模式,它分阶段进行……第一阶段是一个不错的初始邮件——“我喜欢你的工作,看看这个,这很重要”。第二阶段仍然不错——“我知道你很忙,但这个真的很好,不像其他的,你必须抽时间看看这个。”第三阶段开始变得恼火:“你觉得自己太大了,不想和我谈话?你有什么权利忽视这个?”第四阶段是咒骂和各种侮辱与亵渎,夹杂着合作的提议(这些是我最喜欢的)。第五阶段是全面威胁(并不是所有人都能达到第五阶段,但足够多)。所以对于那些停留在第一或第二阶段的人,感谢你们保持理智,我很感激。对于那些没有的人,也许我会把你们联系在一起,你们可以在没有我参与的情况下争论……另外,如果你们处于第四到第五阶段,继续保持——你们的邮件会被保存下来,作为我将来出版的一本书——我不需要评论,只是邮件接一封接一封,它们自己会说话。我设想这本书会有巨大的销量——这是一些疯狂的东西。也许我会找一个艺术家来为它们插图。
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