Por que não existem elefantes voadores?

Nem todos os projetos animais são igualmente parecidos. Algumas combinações animais imagináveis simplesmente não funcionam mecanicamente, portanto, nunca surgiram.

Será mesmo que os elefantes podem voar? Imagem de Fibrel Ojalá por Pixabay 

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No caso dos elefantes, o seu tamanho é muito grande ou a sua estrutura muito volumosa. Um elefante com asas literalmente nunca voaria; isso é óbvio.

Ainda assim, muitos biólogos evolucionistas modernos tendem a esquecer sobre as limitações físicas quando discutem o projeto animal. A maioria recorre unicamente a explicações evolutivas. É tentador ficar satisfeito com tais explicações confortáveis do projeto animal – os pescoços das girafas permite-lhes alcançar a vegetação do topo das árvores, o pelo dos mamíferos mantém o isolamento de seus corpos de sangue quente, as nadadeiras dos peixes controlam o seu nado, o veneno das víboras melhora o seu sucesso de caça.

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Projeto animal e a seleção natural

Esses e outros exemplos do projeto animal forma favorecidos pela seleção natural, presumivelmente pelas vantagens adaptativas que cada um oferecia. Isso é razoável, até certo ponto, mas é apenas metade da explicação. Figurativamente, a seleção natural é um arquiteto externo que escolhe projetos para servir a propósitos atuais. Mas os materiais brutos, ou morfologia de cada animal é, por si só, um fator no projeto.

Para construir uma casa com portas, paredes e telhado, o arquiteto projeta um esquema, mas os materiais disponíveis influenciam a característica da casa. O uso de tijolos, madeira ou palha irá causar limites ou restrições ao projeto da casa. A palha não pode suportar muitos andares de peso como os tijolos, mas pode ser curvada em formatos arredondados. A madeira pode ser considerada para uma construção econômica, mas é suscetível ao apodrecimento. Cada material traz suas oportunidades e limitações.

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Forma e função

Para explicar forma e função, devemos certamente considerar o ambiente no qual o animal vive. Entre os grupos de aves, não há nenhuma espécie verdadeiramente escavadora, a qual seria o correlativo das toupeiras. As assim chamadas corujas buraqueiras existem, mas estas são bastante diferentes das toupeiras no sentido de explorar uma existência subterrânea.

A maioria dos anfíbios vive perto da água, devido às suas necessidades de umidade. Existem peixes voadores, mas formas verdadeiramente voadoras com fortes asas, não. Os elefantes são grandes e pesados, o que impede a existência de uma forma voadora no plano dos elefantes, não importa o quão fortemente a seleção natural favoreça isso.

Para compreender a forma e explicar o projeto, devemos avaliar tanto os fatores externos quanto os internos. O ambiente externo ataca o organismo com a fúria de predadores, os desafios do clima e a competição com outros. A seleção natural é a manifestação desses fatores. Os fatores internos também têm uma influência. As partes são integradas em um indivíduo funcional como um conjunto. Se o projeto muda, ele deve mudar sem uma séria quebra do organismo.

Em razão de as partes estarem interligadas formando um todo conexo, existem limites para que as mudanças ocorram antes que a maquinaria do organismo venha a falhar. A construção interna de um organismo impõe limites para mudanças permissíveis. Ela estabelece possibilidade produzidas pela seleção natural. À medida que uma nova espécie aparece, mais possibilidades se abrem. Mas a seleção natural não desencadeia as mudanças evolutivas no projeto.

Como um júri, a seleção natural atua apenas nas possibilidades trazidas à sua presença. Se a seleção for forte e houver poucas possibilidades, então ocorre extinção ou a restrição da diversidade naquele curso evolutivo em particular. Como consequência, o delineamento das aves para delicadeza para o voo oferece poucas possibilidades para a evolução de um projeto robusto de membros anteriores poderosos para cavar.

Por outro lado, a estrutura das aves permite uma evolução posterior de espécie de vertebrados que se locomovem pelo ar. Nem todas as mudanças evolutivas são igualmente prováveis, em grande parte porque nem todas as morfologias (combinações entre as partes) estão igualmente disponíveis para a seleção natural.

TAMANHO É IMPORTANTE NO MUNDO ANIMAL?

Claro que todos já falaram ou já ouviram que tamanho não é documento, não é mesmo? Mas no mundo animal tamanho é importante?

O tamanho corpóreo é uma das coisas mais importantes a serem conhecidas acerca de um organismo. Já que todas as estruturas estão sujeitas às leis da física, o tamanho absoluto de um animal afeta profundamente sua anatomia e sua fisiologia.

Sistema esquelético e muscular

O arranjo do sistema esquelético-muscular é especialmente sensível ao tamanho absoluto dos tetrápodes devido aos efeitos da gravidade em terra. O estudo das escalas, ou de como a forma se altera com o tamanho, também é conhecido por alometria (Grego alio = outro e metric = medida).

Se as características do animal não demonstram quaisquer alterações com o aumento do tamanho corpóreo (p. ex., se um animal maior se parece com uma foto ampliada de um menor), todas as partes que o constitui devem ser medidos como isométricas (Grego iso = o mesmo). Entretanto, os animais não são construídos dessa forma e muito poucos componentes corpóreos são isométricos (p. ex., com uma relação de um para um com o tamanho corpóreo).

A maioria dos componentes corpóreos é medida alometricamente. Por exemplo, embora o tamanho do olho seja absolutamente maior em animais grandes, eles possuem olhos relativamente menores, em relação ao tamanho da cabeça, do que animais pequenos.

Assim, o tamanho do olho tem alometria negativa - menor do que a proporção 1:1 m relação ao tamanho do corpo. Por outro lado, os ossos dos membros dos animais maiores não são proporcionalmente mais longos do que os dos animais menores, mas os ossos são proporcionalmente mais espessos. Portanto, o diâmetro do membro tem alometria positiva.

Dimensões e medidas

Sob todas as relações de medida, está a forma como a área de um objeto se relaciona ao seu volume: quando dimensões lineares duplicam (uma alteração de duas ordens), a área aumenta com o quadrado da modificação das dimensões lineares (uma alteração de quatro ordens) e o volume aumenta como o cubo da alteração das dimensões lineares (uma alteração de oito ordens).

Dimensões lineares se referem à altura ou ao comprimento do animal, sua superfície é a área exposta ao ambiente e seu volume é proporcional à massa corpórea (ou peso). Um animal que é duas vezes mais alto que o outro é oito vezes mais pesado.

Diferenças de área de superfície têm um efeito profundo sobre o funcionamento do animal. Por exemplo, animais maiores levam muito mais tempo para se aquecer ou para se resfriar, do que os pequenos, pois tem uma área menor para as trocas em relação ao volume do animal. Estas relações influenciam as causas da temperatura corpórea e da taxa metabólica.

O tamanho absoluto também afeta como o animal sobrevive às quedas de grandes alturas. Um animal pequeno tem uma quantidade proporcionalmente maior de área para distribuir sua massa no impacto. Um camundongo que cai de uma janela do segundo andar de um prédio pode se assustar, mas se machucará pouco, enquanto um humano quebraria alguns ossos e um cavalo provavelmente morreria (não tente este experimento em casa).

A área transversal dos ossos sustenta o peso do animal. Se um animal aumentasse de tamanho isometricamente, seu peso seria elevado ao cubo de suas dimensões lineares, mas a área transversal de seus ossos cresceria somente com o quadrado das dimensões lineares. Assim, os ossos devem aumentar sua área de maneira desproporcional para acompanhar os crescimentos da massa.

O diâmetro dos ossos tem alometria positiva: animais maiores têm, proporcionalmente, ossos mais espessos nos membros do que os menores. O esqueleto de um animal maior pode ser facilmente distinguível do de um pequeno, mesmo quando têm o mesmo tamanho, devido aos ossos proporcionalmente mais espessos.

Todavia, os animais não alteram simplesmente as proporções dos ossos de seus membros de uma forma que pode ser prevista por leis alométricas simples. Se eles o fizessem, seus esqueletos seriam desproporcionalmente pesados. O esqueleto de um gato corresponde a 5 por cento de sua massa corpórea total e se um elefante fosse construído com as mesmas proporções estruturais, seu esqueleto corresponderia a 78 por cento de sua massa corpórea total.

Na verdade, o esqueleto de um elefante constitui cerca de 13 por cento de sua massa corpórea, quase três vezes mais que a do gato -  mas ainda dentro da viabilidade biológica! A massa esquelética dos vertebrados terrestres tem alometria positiva, mas não tanto quanto você pensa. Interessantemente, a massa esquelética dos peixes e das baleias (animais que não precisam se preocupar com a sustentação do peso pelo esqueleto) é medida quase que isometricamente.

Consequentemente, o esqueleto de animais maiores é proporcionalmente mais frágil do que o dos pequenos. Então, como os animais terrestres lidam com a vida no mundo real?

Os animais grandes têm uma postura distinta da dos pequenos. A postura primitiva dos mamíferos é o repouso com as articulações flexionadas. Um osso suporta melhor as forças compressoras (a força exercida sobre o eixo paralelo do osso) do que forças de torção exercidas sobre um ângulo do eixo longo.

Tamanho não é documento

Quanto maior o animal, menos flexionadas são as articulações de seus membros, resultando em um repouso mais similar a um pilar, com sustentação direta do peso, a qual reduz ao efeito da torção sobre os ossos dos membros. Os ossos dos membros de grandes animais também reduzem estresses de torção.

Animais maiores possuem dorso mais curtos, ou mais retos, do que os pequenos. Finalmente, animais maiores se movem de maneira distinta da dos pequenos: eles têm um comportamento menos saltatório, movendo seus membros em ângulos menores de excursão.

O andar com as pernas esticadas dos elefantes garante que a maioria das forças sobre os membros seja compressiva, ao invés de torção. Um animal tão grande quanto um elefante é, na realidade, muito grande para o trote ou para o galope e seu movimento mais rápido é o furta-passo, ou o andar veloz.

Referência

Kardong. Vertebrados, Anatomia Comparada, Função e Evolução. 2011.

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