Почему ветвистые сети не подчиняются одному закону экспресс

Оригинал: "Beyond Murray's Law: Non-Universal Branching Exponents from Vessel-Wall Metabolic Costs"
· Riccardo Marchesi
arXiv:2603.13687 · 2026-03-14 · CC BY 4.0 · 1 мин
Кровеносные сосуды ветвятся не по универсальному правилу, а подстраиваются под толщину своих стенок.

Ветвящаяся сеть — как речная дельта или крона дерева — строится по принципу экономии. Классический закон, выведенный ещё в 1926 году, утверждал: диаметр материнского сосуда в кубе равен сумме кубов диаметров дочерних. Это правило красиво работало для идеальных трубок, но реальные артерии упорно давали другой показатель — около 2.7 вместо 3.

Авторы новой работы нашли причину. В законе не учитывалась толщина стенок сосудов, а она растёт с радиусом нелинейно: стенка толще у крупных артерий. Добавив этот «налог на материал», учёные показали, что универсальный показатель ветвления исчезает — он становится разным для разных размеров. Закон Мюррея оказался не общим принципом, а частным случаем, когда стенки считаются бесконечно тонкими.

Толщина стенки сосуда меняет оптимальный угол ветвления — как если бы при строительстве водопровода учитывали не только объём труб, но и стоимость их изоляции.

Новый расчёт дал диапазон показателя от 2.90 до 2.94 для симметричного ветвления — это уже ближе к реальным 2.7, но не полностью. Оставшееся расхождение, по мнению авторов, связано с пульсацией крови: ритмичные толчки сердца добавляют свои требования к геометрии сосудов. Кроме того, учёт толщины стенок объяснил, почему сосуды чаще делятся надвое, а не на три или четыре ветви: бинарное ветвление экономит материал при стерических ограничениях.

Если бы стенки сосудов были бесконечно тонкими, все живые транспортные сети — от листьев до лёгких — имели бы одинаковый показатель ветвления. Но природа всегда платит за материал.

\alpha^*(Q) \in \left(\frac{5+p}{2}, 3\right)
Показатель ветвления α зависит от потока Q и лежит между (5+p)/2 и 3, где p ≈ 0.77 — показатель роста толщины стенки сосуда с радиусом.
Учёные
Adam RiessBrian SchmidtEdwin HubbleGeorges LemaîtreMaarten SchmidtSaul Perlmutter
Понятия
вероятность ветвления кубический метр закон Архимеда закон Кюри правило Гамильтона принцип Либиха парадокс Браесса в биологии закон Бернулли принцип Паули второй закон термодинамики теорема Гаусса пропорциональность