O tamanho importa: a matemtica oculta da vida

Tartarugas gigantes, elefantes e baleias azuis percorrem suas vidas com uma grandeza lenta que parece muito diferente da de criaturas menores. Observe um beija-flor cruzando um jardim ou segure o menor mamfero, um pequeno musaranho em sua mo e voc poder senti-lo vibrando com uma energia febril. Pequenos animais, como os beija-flores, experimentam um mundo em “cmera lenta” devido maior velocidade dos movimentos enquanto animais grandes como elefantes processam o tempo mais lentamente, lidando com uma dissipao de calor e necessidades metablicas mais lentas.

As diferenas criam experincias de fsica da vida fundamentalmente diferentes com base no tamanho, metabolismo e propores entre rea de superfcie e volume, afetando tudo, desde a percepo at o movimento e a regulao da temperatura corporal.

O colibri percebe o tempo mais lentamente, vendo o mundo com maior detalhe e permitindo uma reao mais rpida a predadores ou alimentos, efetivamente vendo uma ameaa em movimento rpido em cmera lenta.

A alta relao entre rea de superfcie e volume significa rpida perda de calor, exigindo taxas metablicas extremamente altas, alimentao constante e movimentos energticos como pairar no ar.

O elefante processa o tempo mais rapidamente, perdendo detalhes sutis que animais menores percebem, fazendo o mundo parecer mais veloz.

A baixa relao entre rea de superfcie e volume retarda a dissipao de calor, exigindo movimentos mais lentos para evitar o superaquecimento e muita energia para funes bsicas.

Por isso seus movimentos mais lentos e deliberados devido imensa massa, com membros e tronco poderosos para tarefas como alimentao e defesa.

Caminhos mais longos para nutrientes e sinais, exigindo trilhes de clulas a mais e sistemas complexos, mas oferecendo maior resistncia para atividades sustentadas, como viagens de longa distncia.

Embora criaturas grandes e pequenas paream muito diferentes, abaixo da superfcie existe uma unidade surpreendente. Bilogos compararam os batimentos cardacos de mamferos e descobriram que, em mdia, elefantes e musaranhos, e a maioria dos animais entre eles, tm um limite de cerca de um bilho e meio de batimentos cardacos durante a vida, e depois morrem.

O motivo pelo qual um elefante vive mais tempo do que uma musaranho no porque seu corao bate por mais tempo. porque seu corao bate mais devagar.

O corao de um elefante bate bem devagar, em mdia cerca de 25 a 30 vezes por minuto quando est em p, mas pode acelerar para 30-35 batimentos quando ele se deita.

Por outro lado, o corao de um musaranho bate a uma frequncia incrivelmente alta, podendo chegar a 1.200 a 1.500 vezes por minuto. Essa uma das maiores frequncias cardacas do reino animal, cerca de 12 a 15 vezes mais rpida que a de um corao humano em repouso.

Assim, em comparao com um musaranho, o elefante leva alguns anos a mais para completar seus at um bilho e meio de batimentos cardacos.

Agora surge a questo mais sutil: por que objetos grandes consomem energia mais lentamente?

Trs cientistas do Instituto Santa F, um instituto interdisciplinar no norte do Novo Mxico, abordaram essa questo h alguns anos e descobriram que, ao comparar elefantes com lees, gatos domsticos, ratos e musaranhos, percebe-se que os batimentos cardacos variam de uma maneira matematicamente precisa.

Afinal, um elefante tem trilhes de clulas a mais do que uma musaranho, e todas elas precisam se conectar, se comunicar, distribuir energia e manter o animal funcionando.

Em um animal pequeno, a tarefa mais fcil. Em um animal grande, h muito mais vasos sanguneos, partes mveis, caminhos mais longos, muito mais trabalho a ser feito, e esse animal grande poderia sucumbir muito mais rapidamente.

Foi assim que os pesquisadores descobriram que a natureza d um presente aos animais maiores: clulas mais eficientes. Literalmente.

As clulas de um elefante funcionam mais lentamente e realizam mais trabalho do que as clulas de um rato. Uma clula de elefante, por exemplo, se contrai em um ritmo mais lento do que o ritmo frentico de uma clula de rato.

Ambas se desgastam em um bilho e meio de batidas (sim, as clulas tambm tm batidas metablicas ou de consumo de energia), mas o elefante faz isso mais lentamente, at no nvel celular.

Os seres humanos costumavam se encaixar nesse padro, mas agora que aprendemos a beber gua potvel, a nos lavar, a tomar banho e a criar medicamentos, vivemos mais do que nosso tamanho preveria.

Ademais, as grandes cidades so como grandes animais. No fundo, elas so mais eficientes do que cidades e vilarejos menores.

Lgico, embora esta comparao seja instigante, trata-se mais de uma afirmao filosfica ou metafrica do que de uma fundamentada em fatos biolgicos.

A afirmao postula que as cidades, assim como os animais de grande porte, alcanam maior eficincia do que seus equivalentes menores. Esse conceito deriva da ideia de economias de escala e do potencial de reduo do consumo de recursos per capita em ambientes urbanos densos.

A comparao normalmente explorada sob a perspectiva de economias de escala, j que as grandes cidades podem fornecer uma gama mais ampla de servios, infraestrutura (como transporte pblico, sistemas de esgoto e redes eltricas) e indstrias especializadas a um custo por residente menor do que as cidades menores.

A alta densidade populacional nas grandes cidades pode levar a um uso mais eficiente de energia e a uma reduo da pegada de carbono por pessoa, principalmente devido a fatores como menor dependncia de carros particulares e infraestrutura compartilhada.

Os pesquisadores s vezes aplicam a metfora de um “metabolismo” aos sistemas urbanos para estudar como eles consomem recursos e produzem resduos, examinando sua eficincia geral em um contexto de sistemas.

No entanto, a afirmao de que, cidades grandes so mais eficientes discutvel e complexa. A alta densidade traz consigo as suas prprias ineficincias, tais como congestionamento de trfego, crises habitacionais e nveis mais elevados de poluio, que podem anular alguns ganhos de eficincia.

As mtricas de eficincia geralmente se concentram no uso econmico ou de recursos, mas nem sempre levam em conta fatores como estresse, coeso social e acesso a espaos verdes, que alguns podem argumentar que tornam as comunidades menores “melhores” ou mais “eficientes” de uma perspectiva de bem-estar humano.

Em essncia, a analogia uma metfora til para discutir planejamento urbano e gesto de recursos, mas a “eficincia” de uma cidade em comparao com uma vila uma questo complexa com muitas facetas que vo alm dessa simples comparao.