Ковариация и компромиссы в онтогенетическом масштабировании темпов роста и метаболизма у костных рыб

Почему растущие рыбы важны в повседневной жизни

От золотых рыбок в домашних аквариумах до лосося на наших столах — рыбы превращают пищу в массу тела с помощью энергии, так же как и мы. Долгое время в биологии считалось, что это использование энергии подчиняется строгому математическому правилу, применимому почти ко всем живым организмам. Но новое исследование семи видов костных рыб ставит на первый взгляд простейший вопрос: по мере того как отдельная рыба растёт от маленькой к большой, действительно ли её метаболизм следует этому фиксированному правилу и как это влияет на её рост? Ответы ставят под сомнение школьные представления о расходовании энергии организмами и выявляют скрытые компромиссы, которые могут влиять на выживание, размножение и реакции на меняющийся мир.

Старые правила о размере и энергии

Почти столетие многие биологи поддерживали идею о том, что скорость метаболизма — темп, с которым организмы расходуют энергию — подчиняется универсальной закономерности. Согласно этой точке зрения, потребление энергии растёт с увеличением массы тела предсказуемым образом: крупные животные в целом потребляют больше энергии, но меньше на единицу массы. Это представление лежит в основе «метаболической теории экологии», которая предполагает, что одно простое правило помогает объяснить рост, размножение и даже функционирование экосистем. Тем не менее критики давно указывают на то, что реальные животные демонстрируют значительное разнообразие вокруг этой якобы общей закономерности, что говорит о том, что биология может не подчиняться одной аккуратной формуле.

Наблюдение за одной и той же рыбой на протяжении жизни

Большинство предыдущих исследований сравнивали разные виды или разных особей внутри вида в один момент времени. В этом исследовании отслеживали 389 отдельных рыб семи видов, включая форель, гуппи, клоуновых рыб и данио, многократно на протяжении их жизни. Для каждой рыбы учёные измеряли массу тела, стандартную (поддерживающую) скорость метаболизма — энерговые затраты на просто поддержание жизни в покое — и, для большинства видов, максимальную скорость метаболизма при интенсивной активности. Разница между максимальным и поддерживающим метаболизмом, называемая метаболическим диапазоном, отражает энергию, доступную для всего, что выходит за рамки самого выживания: плавания, пищеварения, размножения. Отслеживая эти показатели в среднем 6–7 раз для каждой особи, команда смогла вычислить, как у каждой рыбы менялись метаболизм и рост с увеличением размера в течение собственной жизни, а не выводить закономерности из одиночных замеров.

Метаболизм растёт быстрее, чем рост

Между видами исследователи обнаружили, что по мере роста отдельных рыб их поддерживающий, максимальный и общий аэробный потенциал увеличивались с размером круче, чем предсказывает классическая теория. В среднем эти метаболические признаки масштабировались ближе к простому соотношению «один к одному» с массой тела, а не к широко цитируемому правилу «в степени трёх четвертей». Напротив, скорость роста — то, как быстро рыбы наращивали массу — увеличивалась с размером гораздо умереннее. Важно, что особи, у которых скорость роста сильнее возрастала в течение жизни, также склонны были демонстрировать более крутое увеличение поддерживающего метаболизма. Иначе говоря, рыбы, которые ускоряли рост по мере взросления, имели более высокие энергозатраты на базовое обслуживание, что указывает на связь между быстрым ростом и повышенным фоновой метаболической нагрузкой.

Скрытая цена быстрого роста

Картина становится сложнее, если рассматривать метаболический диапазон — энергетический бюджет для активности, выходящей за рамки поддержания жизнедеятельности. Здесь исследователи выявили компромисс: особи и виды с более выраженным увеличением роста склонны были иметь менее крутой, а иногда и снижающийся, рост метаболического диапазона по мере увеличения размера. Проще говоря, рыбы, которые ускоряют рост в течение жизни, часто остаются с меньшим запасом аэробной мощности относительно своих поддерживающих потребностей. Это означает, что у них может оставаться меньше энергии для трудоёмких задач, таких как бегство от хищника, перенос теплового или гипоксического стресса или производство потомства, даже если они быстрее достигают больших размеров.

Что это значит для рыб и для нас

Эти результаты показывают, что ни метаболизм, ни рост не подчиняются фиксированному универсальному правилу масштабирования. Скорее, то, как метаболизм каждой рыбы масштабируется с размером, тесно зависит от её паттерна роста, и более быстрый рост оборачивается повышенными эксплуатационными расходами и уменьшенным «запасом» энергии. В богатых и предсказуемых условиях такой компромисс может окупаться: быстрый рост помогает рыбе перерасти хищников, ориентированных на определённый размер. Но в более суровых или меняющихся условиях сокращение метаболической «безопасности» может снизить выживаемость и способность к размножению. Показывая, как рост и метаболизм со-вариируют внутри отдельных особей, это исследование ставит под сомнение влиятельные теории и подчёркивает, что энергетический бюджет жизни более гибок — и более ограничен, — чем предполагают простые формулы.

Цитирование: Rosén, A., Andreassen, A.H., Storm, Z. et al. Co-variation and trade-offs in ontogenetic scaling of growth and metabolic rates in teleost fish. Commun Biol 9, 338 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09588-w

Ключевые слова: метаболическое масштабирование, рост рыб, аэробный диапазон, энергетические компромиссы, жизненная история