生命系统中代谢缩放的物理方法

生命系统通过构成其代谢的化学过程持续转化物质和能量。生物体的整体代谢率与其体重呈正相关，然而这种缩放行为的确切形式及其可能的解释两个世纪以来一直备受激烈争论。这篇综述从跨学科视角综合了关于生命系统能量学的实证发现和理论框架，重点关注物理概念。概述了一个研究代谢的通用热力学框架，以及代谢生物化学的粗粒化描述。综述了该领域丰富的实验工作历史，揭示了从单个细胞到整个种群等不同生物组织层次上多样的代谢缩放模式。总结了若干用于解释代谢率与体重之间次线性缩放的生物物理模型。虽然传统关注点在于成年生物体，但该综述也突出了近期探测发育期间代谢的进展。实验技术的改进、广泛的数据集以及大量开放问题表明，该领域在近期将继续获得动力。综述以对未来进展的展望结尾：一种跨学科方法，用于阐明不同发育阶段和生物体大小下的代谢缩放。