动物一生的心跳次数是15亿次吗？

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这世界上的哺乳动物的身材相差十万八千里。我们有体重可达100吨、心脏和QQ小汽车一样大的蓝鲸。

▲ 蓝鲸的心脏模型

也有体重只有2克的鼩鼱（qú jīng）。它们的体重相差足足千万倍。

▲ 鼩鼱的鼻子可以当教鞭

蓝鲸、鼩鼱，还有我们人类虽然都是哺乳动物，但却各自生活在不同的地方。除了都是哺乳动物以外，我们似乎没有别的共同点了。

直到后来生物学家们发现了一个可怕的规律——从蓝鲸到鼩鼱，大多数动物一生的心跳次数约是15亿次。因此每分钟心跳1500次的鼩鼱的寿命要比每分钟心跳10次的蓝鲸短得多。

这个规律是怎么来的呢？

现在我们先假设世界上有这样两只理想的方形喵，它们密度一样，也就是说单位体积的体重一样，而且其中一只的个子是另一只的10倍。

按照体积公式我们就能算出，大猫的体积和体重就是小猫的1000倍，因为体积是长度的立方嘛。

同理，大猫的身体表面积仅仅是小猫的100倍，因为表面积是长度的平方。

这里开始就出现问题了。

新陈代谢会产生热量，如果大猫的单位体重的代谢率和小猫一样，那么它产生的热量就是小猫的1000倍。

由于热量大部分只能靠体表散发，而大猫的体表面积仅仅是小猫的100倍，因此大猫1000倍的体热很难通过100倍的体表散发出去。那么这样看的话，大猫肯定会觉得浑身燥热，甚至会发猫烧热死。

事实显然不是这样的，不论大小，大多数恒温动物的体温都在38.2摄氏度附近。比如大象的体温是36.5摄氏度、人类的是37摄氏度，而蓝鲸的也是37摄氏度。

那么到底哪里出问题了呢？为什么体型更大的动物的体温和小体型的动物差不多呢？

原来，大自然解决这个问题的方式就是降低大块头动物的基础代谢率，让它们的身体不要产生那么多热量。

那么，要降低多少比较好呢？如果身体的大小是唯一的因素，那么基础代谢率应该是体重的次幂才对，这样多出来的热量能够刚好通过多出来的皮肤散发出去。

但这不符合实际情况。上世纪30年代的时候，生物学家马克斯·克莱伯（Max Kleiber ）发现，大多数动物的基础代谢率是体重的次幂，比次幂要大一些。

▲ 克莱伯定律——动物每日的基础能量消耗和体重的次幂成正比。

这个规律就叫做克莱伯定律（Kleiber's law，Quarter Power Scaling）。

不要觉得克莱伯定律深不可测，实际上它常被用来估算人体，以及不同体型的动物每日所需的基本卡路里数量。所以你每天需要吃多少卡路里才不会掉肉，用克莱伯定律自己就可以算出来了。

克莱伯定律画成图就是这样的：

▲ 横坐标是体重；纵坐标是每克体重的新陈代谢率。

体重越大，单位体重的基础代谢率越低，这就是克莱伯定律

后来许多科学家发现，小到单细胞生物，大到蓝鲸都符合克莱伯定律。现在有许多证据表明，不管是哺乳动物，还是其他脊椎动物，或是无脊椎动物、原始生物，甚至连植物的基础代谢率都和体重的幂成正比。

体重的次幂实际上是次幂的立方。现在科学家们发现了，体重的次幂的存在感很强啊，到处都可以看见它。

比如，动物每分钟的心跳次数——心率非常有规律。动物的心率和体重的次幂成反比。

另外一个规律是，动物的寿命和体重的次幂成正比。

▲ 各种动物的寿命

学过初中数学的人应该明白，把上面这两个规律结合起来就可以推出，心率乘以寿命是一个常数——固定的数值。也就是说，动物一生的心跳数是相对固定的。画成图应该是这样的：

▲ 横坐标是一生心跳次数；纵坐标是寿命。

从图中可以看出，不管体型如何，动物一生的心跳次数基本是固定的。

科学家们经过计算得出，这个数值在15亿次左右。

▲ 部分动物一生的心跳次数估计。人和小鸡的心跳次数超过了20亿次。

幸运的是，由于某些未知的原因，人类和小鸡一辈子的心跳次数远远多于15亿下，而达到了20多亿下。

虽然人类一生心跳平均次数比一般的动物要多得多，但是也不要认为我们逃脱了自然规律的约束。有越来越多的研究发现，整体上看，人一生的心跳次数的确是有规律可循的。

比如，静止心率（resting heart rate），也就是心平气和时的心率的确和寿命有关。静止心率越快的人，死得越早。

除了心率以外，细胞的代谢率、动物的呼吸频率，以及种群增长率都和体重的次幂成反比。

另外，哺乳动物的主动脉（aorta）横截面积和体重的次幂成正比；血液循环次数和体重的次幂成正比。

后来，大家还发现，体重的次幂还深入了植物界。比如，树干的横截面积也和树木体重的次幂成正比。

到目前为止，关于体重的次幂刷屏的原因，科学家们众说纷纭。

有人认为，上面的规律说明，生物的寿命是由基本的细胞能量代谢决定的。比如，一生心跳总数的限制说明，在生物的一生中，每斤肉消耗的氧气和燃料总量是固定不变的。

还有人认为，体重的决定性力量靠的是数学规律。有些科学家甚至提出，这种数学规律可以应用到很多其他地方，比如一个城市的人口和这个城市的平均工资什么的也有类似的关系。

不管怎么说，动物的体重和其他生命现象的强大联系是一个火热的研究课题。未来我们或许能知道这背后的答案。

- 这是不是说，做一个不运动的死胖子，就可以活得久一点？

- 想多了，经常运动的人的心率比一般人慢多了，死胖子的心率比一般人快多了。你斗不过大自然的。

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图片来源：

NorthCoast Journal，www.allometric.com，The Cardio Research WebProject，BBC，PNASB，LaughingSquid, giphy

参考资料：

Levine, H.J. (1997). Rest heart rate and life expectancy. Journal of the American College of Cardiology, 30 4, 1104-6.

http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/royprsb/281/1784/20140298/F1.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1

http://science.sciencemag.org/content/276/5309/122.full?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&author1=West%252C+G&andorexacttitle=or&andorexacttitleabs=or&andorexactfulltext=or&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&fdate=//&tdate=//&resourcetype=HWCIT

http://www.pnas.org/content/106/17/7040.full

http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/longevity.htm

https://academic.oup.com/eurheartj/article/27/20/2387/2887295

http://hep.ucsb.edu/courses/ph6b_99/0111299sci-scaling.html

https://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=12877984

http://jeb.biologists.org/content/208/9/1575