サメは驚くほど多様な形状とサイズを持っている。両手で包み込めるほど小さいものから、前腕ほどの長さしかないもの、さらには市バスほどの長さに達するものまでいる。しかし、この多様性にもかかわらず、新たな研究によると、すべてのサメが1800年代から生物学的思考を導いてきた同じ幾何学的法則に従っていることが判明した。ジョエル・ハリソン・ゲイフォード氏（ジェームズ・クック大学の博士課程候補生）が率いるこの研究は、54種のサメの表面積と体積の比率が、古典的な「2/3スケーリング則」とほぼ完全に一致していることを明らかにした。表面積は生物が世界とどのように相互作用するかを決定する—熱の損失、ガス交換、栄養素・エネルギー・廃棄物の移動に影響を与える。一方、体積は体が支えなければならないものの規模を決定する。動物が大きくなるにつれて体積は表面積よりも速く増加するため、構造的または生理学的な適応を進化させない限り、代謝需要を満たすことが難しくなる。
ここで2/3スケーリング則が登場する。
この法則は、生物が大きくなるにつれて、その表面積は体積よりも遅い速度で増加すると予測する（正確には、表面積は体積の0.66乗で増加する）。言い換えれば、体はバルーンのようにスケールしない。抽象的に聞こえるかもしれないが、これは細胞の形から生物全体の生理学に至るまで、すべてに基本的な真理を提供している。しかし、この仮説は全生物、特に大型生物ではほとんど検証されていない。全生物は測定が難しく、特に体重が1トン以上あるものや海面下数千メートルを泳ぐものとなると理解できる。そのため、ほとんどの研究は細胞、組織、または非常に小さな生物に焦点を当てている。しかし、3次元イメージングの進歩がそれを変え、ゲイフォード氏のチームは詳細なCTスキャンとフォトグラメトリを使用して、54種のサメ（小さなランタンシャークから巨大なジンベエザメまで）の正確な3Dモデルを再構築した。もし2/3則に亀裂を示すグループがあるとすれば、それはサメに違いない。そうだろうか…？
そうではない：結果は逆を示している。体重がほぼ2万倍の範囲にわたるサメは、2/3則にほぼ完璧に従っている。表面積は体積に対して、基本的な幾何学の期待値を反映する形でスケールする。そして、共通の祖先、生活様式の違い、生活段階を補正した後でも、その偏差は信じられないほど小さく、多くの場合わずか数パーセントだった。しかし、どうしてだろうか？
数億年の進化を経て、根本的に異なる形状と生活様式を持つサメが、本質的には幾何学的制約に従っているのはなぜだろうか？外洋性の種は速く移動し、広い距離をカバーするため、流体力学的抵抗が重要なはずだ。底生種はカモフラージュや遅く、エネルギーを節約する動きを優先するかもしれない。サンゴ礁に関連する種は劇的に異なる環境圧力を経験する—しかし研究では、これらのグループ間に意味のある違いは見つからなかった。一部のサメが筋肉を局所的に温める能力を持っているにもかかわらず、体温戦略でさえスケーリング則を変えなかった！自然選択がシュモクザメの頭部の独特な形、高速ハンターの魚雷型、そしてその間のすべてを形作ることができるなら、なぜ表面積と体積を予想外の領域に押し込まないのだろうか？一つの説明は、生態学が単にこれらのスケーリング関係を変えるほど強い圧力をかけていないということだ。結局のところ、流体力学や熱生理学が体の形に強く作用するなら、異なる生態型が異なる表面積と体積の比率を示すことが予想されるだろう。しかし、生物全体のレベルでは、幾何学的期待値から逸脱するエネルギーコストが高すぎるのではないだろうか？
これは第二の可能性につながる。おそらく制約は発達そのものから来ているのかもしれない。体を構築することはエネルギーを消費し、体積を変えずに表面積を変えることは代謝コストを伴う可能性がある。これはゲイフォード氏の論文によると、他の魚類での実験で示されている。胚発生中の組織配分は保存された遺伝的経路に従い、体の一部を調整すると、共有された発生機構のために他の部分にも影響を与えることが多い。表面積の修正が成長中に組織配分やエネルギー需要の大きな変化を必要とするなら、幾何学的なスクリプトに従うことが単に最も効率的で、コストの低いオプションなのかもしれない。そしてもしそのような制限がサメに存在するなら、生命の系統樹全体でどれほど広がっているのだろうか？特に他の動物を考えると、これは説得力のあるアイデアだ。同様の方法をエイ、硬骨魚、海洋哺乳類に適用したら、何が見つかるだろうか？
興味深い発見ではあるが、学術的好奇心を超えてこれが何を意味するのか考える価値がある。生態学的理由で進化したと考えられる特徴の中には、単にエネルギー効率の最も高いオプションであるために存続しているものがあるのだろうか？このスケーリング則は、サメが温暖化する海にどのように反応するかに影響するのだろうか？表面積が熱交換と代謝を支配するなら、これは異なる種が気候変動による生息地の変化にどのように対処するかを予測できるだろうか？保全モデリングはこれらのパターンから洞察を借り、エネルギー需要や個体群の脆弱性を推定できるだろうか？そしてバイオインスパイアードエンジニアはこれらの発見を利用して、より効率的な水中車両やロボット水泳者を構築できるだろうか？
この研究はスケーリングに関する本を閉じるものではない。実際、動物の多様性全体にわたるより広範な調査への扉を開く。そして私にとって、最も興味深い疑問の一つは、「進化のうちどれだけが革新であり、どれだけが生命が逃れられない設計図の制限内で働くことなのか？」ということだ。制約が何であるかを理解するまでには、まだしばらく時間がかかるだろう。そしてそれらの制約がどこから来て、なぜ持続するのかを理解することは、あらゆる形態の生命を形作る隠れたルールを明らかにするかもしれない。
