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Tamaño y forma en las redes de transporte eficientes.

J R Banavar1, A Maritan, A Rinaldo

  • 1Department of Physics and Center for Materials Physics, The Pennsylvania State University, University Park 16802, USA. jayanth@phys.psu.edu

Nature
|May 21, 1999
PubMed
Resumen

La escala alométrica, una relación de ley de poder entre el tamaño y la velocidad en los sistemas biológicos, surge de las propiedades generales de las redes de ramificación. Esta teoría de redes explica el escalamiento biológico y se aplica a sistemas de transporte eficientes como las cuencas fluviales.

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Área de la Ciencia:

  • Ecología Ecología Ecología.
  • Física Física es la física de las cosas.
  • Biología Biología Biología.

Sus antecedentes:

  • Los procesos biológicos a menudo exhiben relaciones de escala alométrica (ley de potencia) entre el tamaño y la velocidad.
  • Comprender el origen de estas leyes de escala, particularmente la ley de la cuarta potencia en los organismos, sigue siendo una pregunta abierta.
  • Las redes ramificadas son comunes en la naturaleza, facilitando una conectividad efectiva en sistemas biológicos e inanimados.

Objetivo del estudio:

  • Obtener una relación general entre el tamaño y las velocidades de flujo en redes arbitrarias.
  • Para explicar la escala alométrica de un cuarto de potencia observada en los organismos vivos a partir de principios de red.
  • Para predecir y verificar las relaciones de escala para redes de transporte eficientes.

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Principales métodos:

  • Derivación de una relación general tamaño-flujo para redes con conectividad local.
  • Aplicación de la teoría de redes para explicar el escalamiento alométrico biológico.
  • Verificación de las relaciones de escala predichas utilizando datos de observación de cuencas hidrográficas fluviales.

Principales resultados:

  • Se desarrolló una teoría general para el tamaño y las velocidades de flujo en redes arbitrarias.
  • La teoría explica con éxito la escala alométrica de un cuarto de potencia en los sistemas biológicos.
  • Las relaciones de escala predichas para redes de transporte eficientes fueron validadas con datos de cuencas hidrográficas.

Conclusiones:

  • El escalamiento alométrico se origina en las características fundamentales de las redes, independientemente de la dinámica o geometría específica.
  • La teoría de redes proporciona un marco unificado para la comprensión de la escala en diversos sistemas naturales.
  • Los hallazgos tienen implicaciones para la comprensión de la organización biológica y el diseño de redes de transporte eficientes.