El reino animal es rico y variado. Lo que nos deja pasmados no es solamente el número de diferentes especies de criaturas vivas, sino también la en...

El reino animal es rico y variado. Lo que nos deja pasmados no es solamente el número de diferentes especies de criaturas vivas, sino también la envergadura de sus tamaños. En efecto, al comparar entre sí a los animales pertenecientes a una misma clase, la de mamíferos terrestres, resulta que sus masas variarán desde los 3 g característicos para la musaraña hasta los 3·106 g en el caso del elefante. En el reino de los pájaros las diferencias son un poco menores, pero también impresionantes: desde el colibrí —pájaro mosca— cuya masa es de 1 g, hasta los avestruces africanos con sus cien kilogramos. Es evidente que las dimensiones y la masa del cuerpo guardan una estrecha relación con el modo de vida del animal. ¿Qué leyes físicas generales determinan esta relación mutua? Masa del cuerpo y modo de vida Cuando uno observa en el parque zoológico la conducta del elefante parece como si todos los movimientos de este gigante estuvieran retardados artificialmente, a semejanza de como sucede durante la proyección de una película con el aparato proyector estropeado. Una impresión diametralmente opuesta se forma al observar un ratón vivo: tan rápidos y ágiles son sus movimientos. Estos ejemplos sugieren la idea de que el ritmo de la vida y de su reloj biológico depende de la masa del cuerpo del animal. Y la realidad lo confirma. La duración de la vida del elefante es de 70 años y más, mientras que el ratón vive de 2 a 3 años. El tiempo que dura la preñez de la hembra del elefante es de 18 a 22 meses, mientras que para los ratones este período dura no más de 23 días. La velocidad de marcha del reloj biológico se diferencia no solamente para las distintas especies de animales, sino que también puede variar en un mismo organismo durante su crecimiento. El ejemplo no debe buscarse muy lejos. Cada uno conoce que los niños de pecho duermen varias veces al día; los niños de 2 a 5 años de edad lo hacen dos veces diariamente, y nosotros, los adultos, dormimos una sola vez. Así, paulatinamente, a medida que el niño crece, el período de la marcha de su reloj biológico aumenta hasta 24 horas. ¿De qué modo, pues, se puede explicar la dependencia existente entre el desarrollo de diferentes procesos biológicos y la masa del animal? Procuremos deducir la relación que enlace el tiempo de reacción del animal a los estímulos externos y la masa del animal. Es evidente que el tiempo de reacción del animal depende de las dimensiones de su cuerpo y de la velocidad de propagación de la excitación por sus nervios. La velocidad de propagación del impulso nervioso para los diferentes mamíferos es aproximadamente la misma, por esta razón el tiempo de reacción del animal debe ser directamente proporcional a sus dimensiones lineales. Las investigaciones realizadas con un grupo grande de animales han demostrado que las longitudes de sus cuerpos aumentan con la masa M de cuerpo directamente proporcional a M^0,25. Esta es la causa por la cual en el caso de considerar que, a la velocidad constante de propagación del impulso nervioso, el tiempo requerido para la reacción a los estímulos fuera del cuerpo del animal y dentro de éste es proporcional a su longitud, es posible esperar que la misma sea proporcional a M^0,25. Se ha descubierto que las frecuencias de las contracciones cardíacas y de la respiración para los diferentes mamíferos también varían proporcionalmente a M^0,25. Sin embargo, hasta la fecha no se ha logrado explicar esta relación de un modo tan simple como la anterior. ¿Por qué el ratón que corre hace un número mucho mayor de pasos por minuto que el elefante? Estas diferencias en los ritmos de animales grandes y pequeños son características no solamente para los mamíferos. En la tabla 6 se representa cómo varía la frecuencia de aletadas para los pájaros de diferente masa. Se ve que las aletadas de los pájaros grandes son mucho menos frecuentes que las de los pequeños. Investigaciones más minuciosas han demostrado que al disminuir la masa del cuerpo del pájaro esta frecuencia aumenta en razón de M^-0,26 La regla general enunciando que los animales grandes requieren más tiempo que los pequeños para realizar un movimiento del mismo tipo se puede explicar si analizamos el trabajo realizado por el músculo durante su contracción. El esquema de estructura del músculo esquelético se representa en la fig. 70. Este músculo consta de una multitud de células musculares (fibras) cuyo diámetro es de 0,01 a 0,1 mm y cuya longitud puede llegar a varios centímetros. Estas fibras incluyen finas fibrillas musculares que tienen un estriado característico. Este estriado de las fibrillas musculares viene determinado por la periodicidad de su estructura longitudinal. La fibrilla consta de segmentos repetidos llamados sarcómeros separados por las líneas Z (discos Z). La longitud del sarcómero en el músculo relajado es de cerca de 2,5 μm. Desde el disco Z hacia ambos lados se extienden filamentos muy finos (de cerca de 0,005 mm de diámetro) y en los espacios entre éstos entran filamentos más gruesos (cuyo diámetro es de 0,01 μm, aproximadamente). La longitud de los filamentos gruesos (de miosina) es de unos 1,5 μm, y la de los finos (de actina) constituye desde 1 hasta 1,3 μm. Los filamentos finos y gruesos están unidos entre sí por medio de un sistema de enlaces transversales intermoleculares, y cuando el músculo se contrae estos enlaces se reestructuran de tal forma que los filamentos gruesos se deslizan entre los finos, introduciéndose a mayor profundidad en los espacios entre éstos, de modo que la distancia entre los discos Z disminuye. La fuerza desarrollada por el músculo está en dependencia directa respecto al área de su sección transversal, por cuanto la fuerza máxima depende del número de fibrillas que caben en el área dada. La relación de la fuerza máxima desarrollada por el músculo al área de su sección transversal varía dentro de unos límites muy pequeños y, por regla general, constituye de 40 a 60 N/cm2. Como quiera que la longitud de cada sarcómero durante la contracción del músculo no puede disminuir más que en 1 μm, resulta que el valor máximo de acortamiento de todo el músculo debe ser proporcional a su longitud. Esta es la razón por la cual el trabajo realizado por el músculo, trabajo que es igual al producto de la fuerza por el valor del acortamiento, debe ser proporcional a su volumen (o masa). Supongamos ahora que disponemos de un grupo de animales semejantes en todos los aspectos que se diferencian unos de otros tan sólo por su masa. Sea que la masa de uno de estos animales es M y la masa del músculo cuya contracción hace moverse el cuerpo es CM, siendo C constante para todo este grupo de animales. Si una unidad de masa del músculo es capaz de realizar el trabajo a, resulta que el trabajo realizado por todo el músculo es igual a aCM. Supongamos que este trabajo se invierte para conferir la velocidad v a la parte del cuerpo con la masa C1M, donde C, es otra constante para el mismo grupo de animales. Es evidente que para dar la velocidad v a la masa C1M es necesario consumir una energía cuyo valor es C1M·v^2/2. Al igualar esta energía al trabajo realizado por el músculo, obtenemos: de donde De la expresión se infiere que semejantes animales pueden acelerar las correspondientes partes de sus cuerpos hasta velocidades iguales independientemente de sus masas. Apliquemos esta conclusión a los pies del animal: animales aná