一百多年来，科学家们一直使用一种理论来描述动物的表面积和体积如何随体型变化。现在，詹姆斯库克大学 (JCU) 和马萨诸塞大学的研究人员在鲨鱼身上证实了这一理论，他们使用先进的 3D 建模技术来研究海洋中最具代表性的捕食者之一。

“我们发现鲨鱼几乎完美地遵循所谓的‘三分之二缩放定律’，”詹姆斯库克大学博士生、该研究的主要作者乔尔盖福德 (Joel Gayford) 说道。“该定律有助于解释动物如何与环境交换热量、能量和氧气——因此，在正常动物（而不仅仅是细胞）中证实这一点意义重大。”

该团队与计算机图形艺术家约翰逊·马丁合作开发了高分辨率 3D 扫描技术，创建了 54种鲨鱼的详细数字模型。

这些扫描为研究人员提供了表面积和体积的精确测量，为了解体形如何影响生理提供了宝贵的见解。

“这个比例至关重要，”詹姆斯库克大学海洋生物学教授、该研究的共同作者乔迪·鲁默博士说。“它是动物呼吸、调节体温和处理废物的基础。现在，我们首次证明，它适用于像鲨鱼这样复杂多样的动物。”

为了严格检验这条规则，研究团队使用了系统发育回归分析——一种考虑进化关系的统计方法——并发现鲨鱼体表面积与体积的0.64次方成正比。这仅比理论预测的0.67低了3%。

尖端的3D建模技术已证实，鲨鱼几乎完美地遵循“三分之二缩放定律”。图片来源：詹姆斯·库克大学

“这太不可思议了，”鲁默说。“这表明鲨鱼进化出了这种比例，可能是因为偏离这个比例代价太高，或者受到早期发育的限制。”

事实上，研究小组认为，进化和发展的限制可以解释为什么来自截然不同的栖息地和生活方式的鲨鱼仍然遵循相同的缩放规则。

盖福德说：“改变组织在体内的分布方式可能需要在早期胚胎发育过程中进行重大改变——从能源角度来说，这是昂贵的。”

重要的是，这些发现具有现实世界的应用。“表面积与体积的比率是用于模拟动物如何应对气候变化的方程式中的关键输入，例如它们调节体温的速度或它们利用氧气的效率。现在，我们可以更有信心地将这些方程式应用于鲨鱼和其他大型动物。”

这项研究强调了现代成像技术——以及一些非常耐心的数字建模——如何解答古老的生物学问题。

编译自/scitechdaily