Il existe une relation: elles sont négativement corrélées. Les animaux à vie plus courte ont tendance à avoir des battements cardiaques plus rapides, et les animaux à plus longue durée de vie ont tendance à avoir des battements cardiaques plus lents. Cela devient cependant plus frappant que cela: ils ne sont pas seulement corrélés négativement, ils sont approximativement inversement proportionnels . Une souris et un éléphant auront tous les deux environ 1,5 milliard de battements de cœur avant de mourir.
Aussi poétique que cela puisse paraître, la relation n'est probablement pas causale. Ce n'est pas que vous ayez un nombre donné de battements de cœur, et lorsque vous utilisez votre dernier, votre cœur meurt d'épuisement. Ce serait idiot.
Il est éclairant de voir l'invariance comme émergeant de la façon dont la fréquence cardiaque et la durée de vie évoluent de manière allométrique avec la taille du corps ($ masse = W $). $ ^ 1 $ Les animaux plus gros ont tendance à avoir un rythme cardiaque plus lent et à vivre plus longtemps; les deux relations se présentent sous la forme de fonctions de puissance , dont les exposants sont des multiples de $ 1/4 $.
- La fréquence cardiaque ($ R $) s'échelonne avec une puissance de quart négative exposant: $ R \ propto W ^ {- 1/4} $
- Échelle de durée de vie ($ E $) avec un exposant de puissance quart positif: $ E \ propto W ^ {1/4} $
"Nombre total de battements cardiaques dans une vie" est simplement le produit de la fréquence cardiaque et de la durée de vie. En tant que tel, il doit être mis à l'échelle comme
$ R \ cdot E \ propto W ^ {- 1/4} \ cdot W ^ {1/4} $
$ R \ cdot E \ propto W ^ {- 1/4 + 1/4} $
$ R \ cdot E \ propto W ^ 0 $
$ R \ cdot E \ propto 1 $
Autrement dit: si $ R $ et $ E $ évoluent de cette manière - ce qu'ils font, approximativement, dans de nombreux taxons - alors leur produit $ R \ cdot E $, le nombre total de battements de cœur dans un durée de vie, sera approximativement invariante.
La question est pourquoi ils évoluent de cette manière; et, au-delà de cela, pourquoi les exposants dans les allométries de taux et de temps sont si omniprésents des multiples de 1/4 $.
- La durée de vie est-elle mise à l'échelle avec $ M ^ {1/4} $ parce que (pour une raison quelconque) la fréquence cardiaque s'échelonne avec $ M ^ {- 1/4} $; et ton cœur meurt d'épuisement après un milliard de battements? ( Appelez cela l ' hypothèse Heartbeat . )
- La fréquence cardiaque est-elle mise à l'échelle avec $ M ^ {- 1/4} $ parce que (pour une raison quelconque) la durée de vie s'échelonne avec $ M ^ {1/4} $; et, aux portes nacrées, si le registre dit que votre cœur a battu 1,5 milliard de fois avant de mourir, vous obtenez un t-shirt gratuit; et le cœur aime les t-shirts, mais est aussi économique, battant aussi vite que nécessaire mais pas plus vite? ( Appelez cela l ' hypothèse du T-Shirt ; à mon avis, c'est à peine plus stupide que l'hypothèse Heartbeat. )
- La durée de vie est-elle évolutive avec $ M ^ { 1/4} $ parce que (pour une raison quelconque) quelque chose d'autre , comme le taux métabolique spécifique à la masse, évolue également avec $ M ^ {- 1/4} $; et que quelque chose a des effets néfastes et qui raccourcissent la vie? ( C'était la théorie du taux de vie , autrefois très populaire. $ ^ 2 $)
- La durée de vie est-elle évolutive avec $ M ^ {1/4} $ parce que durée de vie plus longue provoque une sélection pour une taille corporelle plus grande, de manière à obtenir la mise à l'échelle appropriée? ( Les animaux à longue durée de vie peuvent se permettre une maturité sexuelle plus tard; mûrir plus tard signifie qu'ils ont plus de temps pour grandir, et seront plus gros quand ils seront finalement mûrs. Apparemment, cela peut vous rapporter $ M ^ {1/4} $ allométrie de durée de vie si vous la combinez avec certaines hypothèses sur la croissance et la fécondité, vous modélisez la sélection comme se produisant dans une population stationnaire, etc. Ceci est parfois appelé le modèle de Charnov . $ ^ 3 $)
- La fréquence cardiaque s'échelonne-t-elle avec $ M ^ {- 1/4} $ parce que le taux métabolique spécifique à la masse le fait? Le taux métabolique spécifique à la masse évolue-t-il avec $ M ^ {- 1/4} $ comme la fréquence cardiaque? ( Je ne sais pas, cela semble plausible? Le métabolisme d'une cellule est alimenté par des substances qui lui sont délivrées par la circulation sanguine, il serait donc logique qu'elles soient proportionnelles, non? )
- Le taux métabolique spécifique à la masse évolue-t-il avec $ M ^ {- 1/4} $ parce que c'est ainsi que les évolutions optimales pour une distribution efficace des ressources via des réseaux à ramification fractale comme la circulation sanguine? ( La preuve est trop mathématique pour moi. Cette idée est l'explication courante actuelle de la raison pour laquelle les temps et les taux biologiques évoluent de manière omniprésente avec des exposants multiples de 1/4 $, au lieu de, par exemple, 1/3 $ comme vous on pourrait s’y attendre s’il s’agissait uniquement de rapports surface / volume. On appelle cela le modèle d’enquistement d’& brun de l’Ouest . $ ^ {1,4,5} $)
tl; dr : il existe une corrélation négative frappante - en particulier, une proportionnalité inverse - entre la fréquence cardiaque et la durée de vie. Mais il n'y a aucune raison particulière de penser que c'est causal, et les deux sont également en corrélation frappante avec un million autres choses. Cela dépend en grande partie de la façon dont les choses évoluent avec la taille du corps. Une telle mise à l'échelle est appelée allométrie ; les allométries sont souvent des fonctions de puissance; pour les taux et les temps biologiques, les exposants de ces fonctions de puissance sont souvent des multiples de 1/4 $ (par opposition à, par exemple, 1/3 $ ou 1 $). Cette omniprésence d'un quart de puissance en biologie était autrefois mystérieuse, mais a maintenant reçu une explication (au moins pour la mise à l'échelle du taux métabolique, qui pourrait intuitivement faire une partie de l'explication pour d'autres taux) par le Ouest , Modèle Brown & Enquist comme étant le résultat d'une distribution de ressources d'une efficacité optimale dans des réseaux de transport à branches fractales. $ ^ 1 $
L ' hypothèse Heartbeat est ridicule; vraisemblablement l'invariance approximative de "1,5 milliard de battements de cœur dans une vie" provient de la mise à l'échelle $ M ^ {- 1/4} $ et $ M ^ {1/4} $ de la fréquence cardiaque et de la durée de vie, elles-mêmes se produisant pour une autre raison. Je ne sais pas, mais je suppose que la circulation sanguine fractale explique l'allométrie de la fréquence cardiaque. L'allométrie de la durée de vie est plus mystérieuse. On pensait autrefois qu'elle découlait directement de l'allométrie du taux métabolique spécifique à la masse ( Théorie du taux de vie ), mais cette théorie est tombée dans des moments difficiles. $ ^ 2 $ On lui a donné d'autres explications potentielles, notamment le modèle de Charnov qui suggère que de faibles taux de mortalité entraînent une sélection pour un âge de maturité plus tardif, ce qui donne aux animaux plus de temps pour grandir. $ ^ 3 $
- Ouest, GB " L'origine des lois universelles d'échelle en biologie". Physica A , 1999.
- Austad, S. N. " Chats,« rats »et chauves-souris: la biologie comparative du vieillissement au 21ème siècle". Biologie intégrative et comparée , 2010.
- Charnov, E. L. " Évolution de la variation du cycle de vie chez les mammifères femelles". Actes de l'Académie nationale des sciences , 1991.
- West, GB, Brown, JH and Enquist, BJ " Un modèle général pour l'origine des lois d'échelle allométrique en Biologie ". Science , 1997.
- Dawkins, R. et Wong, Y. "The Cauliflower's Tale" dans The Ancestor's Tale , 2004.