Tendencias21
La geometría de los seres vivos busca la eficiencia energética

La geometría de los seres vivos busca la eficiencia energética

A principio de los años 30 del siglo XX, el biólogo suizo Max Kleiber estableció una ley que explicaba la relación entre la forma y el funcionamiento de los seres vivos. Un equipo internacional de científicos ha añadido ahora una nueva variable a esa ley. Así han explicado como el árbol y el tigre llegaron a ser igualmente eficientes a nivel energético, en el transcurso de su evolución. Por Marta Lorenzo.

La geometría de los seres vivos busca la eficiencia energética

¿Por qué el corazón de un ratón late más o menos el mismo número de veces en toda su vida que el de un elefante, a pesar de que el primero vive un año y el segundo hasta 70? ¿Por qué son tan distintos los árboles de los tigres?

A principio de los años 30 del siglo XX, el biólogo suizo Max Kleiber‎ estableció una ley (la ley de Kleiber) que explicaba en parte la cuestión de por qué el tamaño influencia la forma y funcionamiento de los animales y del resto de seres vivos.

La ley versa sobre la relación entre el ritmo metabólico de los seres vivos y sus masas. Dice que la tasa en que un organismo produce energía para vivir a partir de las calorías consumidas (tasa metabólica) es proporcional a la masa de su cuerpo elevada a la potencia ¾.

Según esta ley, las formas biológicas seguirían por tanto una “pauta” para utilizar la energía de manera eficiente. Dicha pauta explicaría las diferencias entre el “funcionamiento” de los corazones del ratón y el elefante, pero también otras muchas diferencias en las formas y geometrías de las especies animales y vegetales.

El árbol y el tigre

Pero, aunque aceptada durante generaciones, la ley de Kleiber no ha sido nunca completamente comprendida. Para entender por qué, consideremos un árbol y un tigre.

En términos evolutivos, el árbol “solo” tiene que convertir la luz solar en energía, dentro de una estructura más o menos estable. Para hacer esta tarea de la manera más eficiente posible, cuenta con muchas superficies, las de sus hojas; una superficie general que es casi la misma que su volumen; y un flujo de nutrientes por su interior que circula a una velocidad constante, independientemente de su tamaño.

Si se tienen en consideración estas variables, y se calcula la relación entre la masa de las diferentes especies de árboles y sus metabolismos, el cálculo sí se ajusta a la ley de Kleiber.

Sin embargo, en el caso del tigre, la cosa no parece tan sencilla. Para nutrir su masa, este animal necesita combustible. La quema de ese combustible, además de generar la energía necesaria, produce un exceso de calor corporal, del que el tigre debe deshacerse para no quemarse. ¿Cómo encaja esta circunstancia en dicha ley?

Una nueva variable: la velocidad

Científicos de la Universidad de Maryland (EEUU) y la Universidad de Padua (en Italia) han descubierto un factor que parece completar y explicar completamente la ley de Klieber para este caso.

Se trata de una variable crucial que hasta ahora había sido pasada por alto, según explican los propios investigadores en un comunicado de la Universidad de Maryland: la velocidad a la cual los nutrientes son transportados por todo el cuerpo de los animales, calentándolo.

Los científicos calcularon la velocidad a la que el corazón de los animales bombea sangre y descubrieron que la velocidad del flujo sanguíneo es igual a la masa de los animales elevada a la duodécima potencia.

“Los animales necesitan ajustar el flujo de nutrientes y calor a medida que sus masas cambian, para mantener la mayor eficiencia energética posible”, señalan. “Por eso, los animales necesitan una bomba –el corazón- y los árboles no”.

Añadiendo esta información a la ecuación, los investigadores descubrieron que habían logrado una explicación completa de la ley de Kleiber: “Una respuesta elegante es a veces la correcta. Esta respuesta es elegante porque usa argumentos geométricos muy simples”, afirma el físico Amos Maritan, también de la Universidad de Padua.

“No hace referencia a ninguna estructura especializada. Presenta muy pocas condiciones previas. Se tienen dos linajes, plantas y animales, que son muy diferentes y han llegado a la misma conclusión. Es lo que se denomina evolución convergente, y el resultado sorprendente es que esto ha sido propiciado por física y matemáticas subyacentes”.

Otro de los autores del estudio, el botánico de la Universidad de Maryland, Todd Cooke, explica que de esta forma: “Las geometrías de plantas y animales han evolucionado más o menos en paralelo. Los seres vivos primigenios tenían cuerpos simples y bastante distintos, pero la selección natural ha actuado en los dos grupos de tal manera que las formas de árboles y animales modernos cuenten, sorprendentemente, con una eficiencia energética equivalente”.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Los vínculos sociales alinean a las personas en la misma longitud de onda 20 marzo, 2024
    El vínculo social mejora el intercambio de información y sincroniza las actividades cerebrales entre el líder de un grupo y sus seguidores, colocando a todo el grupo en la misma longitud de onda cerebral, según un nuevo estudio de sincronización neuronal.
    Pablo Javier Piacente
  • Partículas desconocidas de energía oscura serían la fuerza impulsora detrás de la expansión del Universo 20 marzo, 2024
    Una nueva investigación teórica sugiere que la misteriosa energía oscura estaría compuesta por "no partículas" y podría estar ligada a la expansión del cosmos, "separando" lentamente al Universo. Esto explicaría por qué los científicos no logran comprender aún en profundidad cómo el Universo se expande de forma cada vez más acelerada. También revelaría la causa […]
    Pablo Javier Piacente
  • Las mujeres científicas lideran las investigaciones sobre la sequía 20 marzo, 2024
    Las mujeres científicas están a la vanguardia de las investigaciones sobre la sequía para preservar la producción agrícola, gestionar el agua y mitigar los efectos del calentamiento global. Sobre el terreno, están también mejor preparadas para gestionar los desastres naturales.
    Alicia Domínguez y Eduardo Costas (*)
  • Los robots humanoides llegan a la industria automotriz 20 marzo, 2024
    Mercedes ha contratado robots humanoides para trabajar en sus fábricas: participan en las líneas de ensamblaje y automatizan tareas de baja complejidad y alta exigencia física.
    Redacción T21
  • Revelan cómo nace el miedo en el cerebro y una posible vía para paralizarlo 19 marzo, 2024
    Un nuevo estudio ha logrado descifrar una serie de modificaciones en la química cerebral que, al influir sobre circuitos neuronales específicos, provocan que el miedo se generalice y aparezca en situaciones en las que no debería hacerlo. Este sistema es el que genera la sensación de miedo exacerbada y permanente que experimentan las personas que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean el mapa 3D más extenso de los agujeros negros supermasivos activos del Universo 19 marzo, 2024
    En una verdadera proeza astronómica, los científicos han creado el mapa más extenso hasta el momento de los agujeros negros supermasivos activos y cuásares en el cosmos: el avance marca un salto significativo en nuestra comprensión de estos gigantes cósmicos y podría ayudar a entender mejor las propiedades de la materia oscura.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren cómo las primeras células de la Tierra aprovecharon el H2 como fuente de energía 19 marzo, 2024
    Un nuevo informe descubre cómo el gas hidrógeno, la energía del futuro, proporcionó energía en el pasado, en el origen de la vida hace 4 mil millones de años. Y confirmaría que la vida se originó en respiradores hidrotermales.
    HHU/T21
  • Algo extraño ocurre en el Cometa Diablo que nos visita durante el eclipse solar de abril 19 marzo, 2024
    Un cometa casi tan famoso como el Halley está brillando en el cielo nocturno de la Tierra y podría ser visible durante el eclipse solar total del 8 de abril que tendrá lugar sobre Norteamérica, pero algo extraño parece suceder en su núcleo.
    Redacción T21
  • Resuelto el misterio de una criatura marina con un caparazón repleto de ojos 18 marzo, 2024
    Los quitones o chitones son moluscos marinos dotados de pequeños ojos desperdigados por todo su caparazón, con lentes confeccionados con un mineral llamado aragonita. Estos primitivos órganos sensoriales son capaces de distinguir formas y luz: un nuevo estudio ha revelado por qué evolucionaron tan rápidamente y cuál es su papel en el desarrollo de los […]
    Pablo Javier Piacente
  • La mayor erupción volcánica de la era geológica actual ocurrió en Japón hace 7.300 años 18 marzo, 2024
    Un estudio detallado de los depósitos volcánicos submarinos alrededor de la caldera Kikai, en Japón, descubrió que un evento que tuvo lugar en esa región de Asia hace 7.300 años fue, con claridad, la mayor erupción volcánica registrada en el planeta durante el Holoceno, la época geológica actual iniciada hace aproximadamente 11.500 años.
    Pablo Javier Piacente