As associações e contribuições dos conhecimentos de Ciências diversas, de modo específico entre a Física e a Biologia, permitem melhorar a compreensão de fatos e fenômenos conhecidos. A seguir descreveremos esta associação para o entendimento de escalas biológicas. .
Como relacionar o tamanho dos corpos de organismos vivos com as mudanças de suas características(duração da vida, frequência cardíaca, rapidez na conversão de energia, etc.)? Para relacionar funções biológicas dos organismos com o seu tamanho, temos que recorrer ao conceito de escala. Na biologia o tamanho de um organismo está diretamente relacionado com suas características e funções. Assim, vários problemas da biologia podem ser relacionados de maneira simples, relacionando a forma e/ou tamanho e /ou peso dos organismos com suas funções biológicas. Quando nos referimos a um organismo, este pode ser único ou constituído de organismos menores.
O ramo da Biologia que estuda problemas de escala é conhecido como alometria. Literalmente, alometria significa “medida diferente”. As relações alométricas são geralmente descritas por leis de potência do tipo
em que Y é o parâmetro biológico de interesse, a é uma constante, M é a massa corporal e b é o expoente alométrico.
As equações alométricas são muito importantes em medicina e veterinária, na estimativa de dosagem de medicamentos; em paleontologia, na estimativa da massa de um animal extinto a partir do tamanho dos ossos encontrados; no reconhecimento de uma característica específica de uma dada espécie, por exemplo, na identificação da maior afinidade por oxigênio das hemoglobinas da lhama e da marmota norte-americana, em relação a outros animais com a mesma massa.
Para fazer tal comparação assumimos que dois animais possuam similaridade geométrica se todas as dimensões lineares do primeiro forem iguais às do segundo multiplicadas por um fator constante. Assim, se um animal é duas vezes mais alto do que o outro, suas áreas serão quatro vezes maiores e a sua massa será oito vezes maior.
Portanto, animais geometricamente similares obedecem às seguintes relações alométricas:
- Dimensões lineares são proporcionais a
;
- Áreas são proporcionais a
;
- Volumes são proporcionais a
.
onde l é qualquer medida linear, como o comprimento do fêmur, por exemplo.
Vale ressaltar que os animais não são geometricamente similares devido à enorme variedade morfológica encontrada na natureza. Contudo, a similaridade geométrica é utilizada como uma primeira aproximação em problemas de escala na biologia.
As propriedades biológicas de um organismo são bastante dependentes de seu comprimento, área superficial, volume e massa. Tendo em vista um comprimento característico para um organismo complexo, interessa à biologia saber como suas diversas partes dependem desse comprimento. Por exemplo, ao considerarmos o comprimento característico de um ser humano como 1,80m de altura suas partes ou constituintes terão tamanho, volume, e massa associados ao valor desse comprimento característico.
Como as funções dessas partes ou do organismo como um todo podem estar relacionadas com esse comprimento característico? Poderíamos tentar avançar um pouco mais fazendo o seguinte questionamento: considerando alguma função biológica de um ser humano de comprimento característico l, podemos predizer essa mesma função biológica para outro ser humano de comprimento característico l? Ou ainda: podemos predizer essa mesma função biológica para uma parte correspondente de outro ser vivo com forma semelhante à do ser humano? Alguns exemplos que apresentamos nas próximas páginas poderão ajudar-nos a achar respostas para estas perguntas.
Texto extraído do livro:
RODAS DURÁN, J. E. Biofísica : fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice Hall, 2003. 318p.