距离上一次发文已经过去了半年,距离阅读完《规模》这本书也过去了一个月。大概年,一份极度繁忙的工作让我第一次意识到时间并不是一个绝对客观的度量工具,不同的人对于时间拥有不同的感知,甚至在不同生活状态下感受也是不一样的。比如,寻欢作乐的日子总是过得飞快,勤恳工作的日子总是度秒如年。尽管,生活永远都没有唯一解,时不时还是有点怀念那种忙碌充实带来的满足感。
所以,你们的年更博主又回来了,这一次争取变成周更、月更博主。
《规模》这本书是近期读过的书中最有趣的,主要讲述的是从生命到城市、公司,不同事物的规模大小的决定因素,又会让人更新认知,又会时不时送上一些有趣的小知识,让人对自然界的精巧初窥一二。
幂律分布首先来聊聊什么是幂律分布。
幂律分布表现为一条斜率为幂指数的负数的直线,f(x)~x^(-α-1)。这类分布用对数坐标描绘时,即可呈现一条直线。这大概是自然界中运用最为广泛的分布,从互联网的节点连接数到不同体积哺乳动物的代谢缩放规律均呈幂律分布,这也是本书的核心。那么为什么会呈现幂律分布而不是正态分布或者倍数变化呢。书中给出的解释是,复杂系统的整体大于其组成部分的简单线性组合,另外,复杂系统还会在与外界环境进行交互的过程中拥有进化的能力。因此,和常规钟形曲线相比,现实世界,将会拥有更长的“长尾”/极值。
funfact:
地震的级数每增长一个单位,意味着强度增长到原来的1个数量级倍数。因此,6级地震的规模是5级地震规模的10倍。人的体重数值每增加至原来的3个数量级倍数,其力量值将增加到原来2个数量级倍数,呈2/3幂律分布。规模之生命代谢率对于哺乳动物来说,体重每增长至原来的4个数量级倍数,代谢率仅增长原来的3个数量级倍数,也就是生物体重越大,其代谢供能效率越高。例如:一只体重倍于老鼠的猫,仅需要32倍于老鼠的能量就能够维持生命,尽管其细胞数量也是老鼠的倍。
这也就意味着体重越大的哺乳动物,相对于体重小的哺乳动物其单个细胞工作强度越小,工作效率越高,同时,其细胞损伤率也会相应下降,也因此更长寿。
相应的,体重大的哺乳动物成熟期也更长,心率更慢。其体重增长一倍,其寿命、成熟期等时间尺度平均增长25%,心率等速度也会按照相同的比例减缓。
哺乳动物的体型为什么不能无限大或无线小自然界除了幂律分布之外,造物时还运用了一个叫“分形”的原则。主要是指“一个粗糙或零碎的几何形状,可以分成数个部分,且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”,即具有自相似的性质。比如:西蓝花被切小时,切下来的部分长得像一个缩小版的西蓝花,再比如,不同体型的哺乳动物都拥有相似的循环系统。
哺乳动物的循环系统是两个分形的混合,分为动脉与非动脉,区分依据主要是血流的粘性等,随着体积的增加,哺乳动物的主要区别是动脉血流经的血管越来越多,意味着消耗心脏能量的网络比例会系统性减少(非动脉血管的血流耗能更大)。
当动物体积不断变小时,非动脉系统将占更大比例,因此其临界点即为其循环系统至少能够支持脉动波通过一对分支水平。
(最小的哺乳动物-鼩鼱)
那么为什么哺乳动物也不能体积无限大呢?主要和毛细血管的供能规律有关。毛细血管等终端单位之间的平均距离与身体重量之间也呈幂指数缩放,对应指数为1/12,意味着随着生物体积增大,单个毛细血管需要供能的组织将变得更多,而单个毛细血管能向组织供能的多少又是固定的。如果生物的体积过大,局部细胞将出现缺氧的情况。另外,还有说法称当陆生动物体积过大时,他们需要寻求水的浮力,来支撑自身重量。生长所有哺乳动物都会在某一时期停止成长,这称之为确定性生长,与树木的不确定性生长-生长至死亡相区别。
这主要是因为哺乳动物的新陈代谢能量被分配给现有细胞维护和新细胞的生长,用于新细胞生长的仅为代谢率与维护现有细胞之间的差值,而用以维持细胞代谢的能量比新陈代谢随着体型增长的速度更快。
衰老和死亡比较反常识的是,如果可以治愈所有的心脏病和心血管疾病,人们出生时的预期寿命仅会延长6年左右;如果能治愈所有癌症,那么预期寿命仅会延长3年左右,对于65岁的人群,预期寿命只会延长不到2年,我们所有人类的寿命极限值不足岁。
事实上,寿命与细胞总数和终端单元数之比成比例,这是由于人的衰老/损伤主要发生在器官终端,即毛细血管处,而毛细血管的数量和身体质量呈幂指数变化,因此,寿命随身体质量呈幂指数变化。
从衰老和导致死亡的机理来看,延长寿命或许有3种可行的方式(仅为理论值,实践需谨慎):
降低温度:由于损伤发生在毛细血管这样的终端单元,而终端的数量和代谢率呈正比,因此寿命与生物体单位质量的代谢率呈反比,降低代谢率可延长寿命。代谢率的一大影响因素就是温度,体温下降2摄氏度,寿命可延长20%-30%。降低心率:所有哺乳动物的心跳总次数都是一样的,谁跳的快谁先走?大型动物寿命长、节奏慢,小型动物寿命短,节奏快。节制卡路里:节制饮食,可以降低细胞代谢率,并且减少细胞的代谢损伤,或许可以延年益寿。如果可以坚持每次减少10%的食物摄入量,寿命最多可以延长10%(相当于多活10年)。以上就是《规模》中关于生物生命的讨论,下篇将对公司、城市中蕴含的幂律规律进行描述。
嘻嘻,不好意思,标题党了一把,明天见~
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