氧运输的局部优化产生了克莱伯定律

近一个世纪以来，代谢尺度律的物理起源始终未得到解决：在小型生物中，代谢率与体重成正比；而在较大型动物中，则遵循克莱伯三次方之四分之三次方定律。我们从“代谢整体”（Metabolic Holon，MH）出发推导出这两种规律。MH 是一种局部优化的毛细血管—组织氧供应单元，将对流、扩散与细胞耗氧过程耦合起来。物理相似性预言，在各代谢类群内部，重复 MH 的有效数量 \(N\) 与体重无关；与此同时，独立观测则限定了其具有类群特异性的数值大小。在无需利用代谢率或心率数据进行校准的情况下，该理论能够预测跨越 18 个数量级的绝对代谢率、代谢规律的转变、类群特异性的代谢水平以及心率标度关系。一个经验性的终生心跳约束条件即可确定寿命。因此，克莱伯定律只是生物有氧代谢一般物理理论的一个渐近结果。

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近一个世纪以来，代谢标度关系的物理起源始终未得到解决：在小型生物中，代谢率与体重成正比；而在较大型动物中，则遵循克莱伯三分之四幂律。我们从代谢整体（Metabolic Holon，MH）出发推导出这两种标度区间。代谢整体是一种局部优化的毛细血管—组织氧供应单元，将对流、扩散与细胞耗氧耦合起来。物理相似性预言，在不同代谢类群内部，重复的代谢整体的有效数量 N 与体重无关；而独立观测则限定了其具有类群特异性的数量级。在无需利用代谢率或心率数据进行校准的情况下，该理论能够预测跨越 18 个数量级的绝对代谢率、标度区间转换、类群特异性水平以及心率标度关系。一个关于生命周期总心跳数的经验约束即可确定寿命。因此，克莱伯定律是有机体有氧代谢一般物理理论的一个渐近结果。

利益冲突声明

脚注

https://doi.org/10.5281/zenodo.22256303

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发布于 2026 年 9 月 9 日。

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氧运输的局部优化导致克莱伯定律的产生

Peter Franz

Pelz

，

Tobias Constantin

Meck

bioRxiv

2026.09.03.749078；

doi：

https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749078

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氧运输的局部优化导致克莱伯定律的产生

Peter Franz

Pelz

，

Tobias Constantin

Meck

bioRxiv

2026.09.03.749078；

doi：

https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749078

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.03.749078v1?rss=1

🏷️ 氧运输 代谢尺度律 克莱伯定律 毛细血管—组织耦合 有氧代谢 代谢率标度