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Por que os maiores animais não são os mais rápidos?

Imagem ilustrativa de um guepardo/Crédito

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        Ser veloz é uma das armas mais eficazes entre os animais, especialmente para a caça e para a defesa. Felinos, por exemplo, evoluíram de forma a desenvolverem grandes velocidades nas corridas de caça, enquanto muitas das suas presas acabaram também evoluindo uma grande velocidade de corrida para escaparem, como ratos e gazelas. Mas o que será que determina o potencial de corrida, voo ou nado em um animal?

       É mais do que curioso, mas um elefante deveria correr mais rápido do que um cavalo: grandes criaturas possuem mais do tipo de células musculares usadas para a aceleração. Porém, a expectativa é rapidamente quebrada na observação prática. No geral, os animais de porte médio sempre se dão bem melhor na velocidade. Isso aliás, é um dos maiores mistérios na biologia. Nesse sentido, um recente estudo veio para trazer a explicação para esse paradoxo.

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   TAMANHO E VELOCIDADE

        Uma fundamental limitação na movimentação dos animais é a velocidade máxima. Similar a vários parâmetros fisiológicos e ecológicos, a velocidade de movimento, nesse caso, é frequentemente pensada ser apenas uma relação entre leis da Mecânica e massa corporal. No entanto, cientistas sempre encontraram dificuldade em explicar o porquê disso não ser seguido entre os animais que correm, voam ou nadam: os maiores não são os mais velozes. Guepardos são os mais rápidos animais terrestres na corrida (70 kg, 120 km/h), e peixes-velas (Istiophorus) englobam espécies que são consideradas os nadadores mais rápidos no ambiente marinho (100 kg, 119 km/h),  com ambos os animais possuindo dimensões corporais intermediárias.

        Manter altas velocidades de forma prolongada está relacionado com a capacidade máxima do metabolismo aeróbico. Já o desenvolvimento máximo de altas velocidades de explosão - iniciais - está ligado à capacidade anaeróbica. Para velocidades aeróbicas máximas, fibras musculares de contração lenta são necessárias, as quais são altamente eficientes em usar oxigênio para a produção de adenosina trifosfato (ATP) para alimentar as contrações dos músculos sendo recrutados. Nesse sentido, essas fibras produzem energia de forma mais lenta mas por um longo período de tempo antes de se tornarem fatigadas.

          Já para o caso da velocidade anaeróbica máxima, esta é suportada por um tipo especial de fibras de contração rápida, as quais usam ATP armazenado no interior da fibra até esse combustível esgotar. Portanto, essas fibras musculares produzem energia mais rapidamente mas também se tornam fatigadas muito rádio e só permitem curtas explosões de velocidade.

         Para o desenvolvimento máximo de velocidade entre os animais na corrida, nado ou voo, a responsabilidade recai nas fibras de contração rápida, ou seja, na velocidade anaeróbica, onde será obtida a maior descarga energética para a movimentação. Nesse sentido, temos que a máxima velocidade que um animal pode desenvolver está limitada, à princípio, à quantidade de fibras de contração rápida na musculatura dos seus membros.

         Em relação à aceleração desenvolvida pelo animal, essa seguirá uma relação parecida com a segunda lei de Newton, ou seja, que a aceleração (a) é igual à razão entre a força aplicada (F) e a massa (m) submetida a essa força (a = F/m). Sabendo que a força muscular máxima aumenta aproximadamente com a massa corporal elevada a um expoente alométrico 'd' (o qual varia de 0.75 a 0.94) - F ~ Md -, temos que:


a = cMd-1, onde c é uma constante.


   
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   FIBRAS FAMINTAS

          O recente estudo publicado na Nature (Ref.1) analisou todos esses parâmetros em 474 espécies com massas variando de 30 microgramas a 100 toneladas, objetivando descobrir o que de fato determina a velocidade entre os animais. Como o valor (d-1) da expressão explicitada anteriormente deve ser negativo, isso implica que os maiores animais precisam de mais tempo para acelerar até a mesma velocidade do que os menores, como mostrado no gráfico abaixo onde os pesquisadores compararam inicialmente quatro animais de diferentes massas. Independentemente disso, sob essas condições de cálculo, os animais maiores claramente possuem um potencial de velocidade muito maior, apesar de gerarem acelerações mais baixas.


          Analisando o gráfico acima, vemos que o elefante possui um potencial biomecânico gigantesco de velocidade entre esses 4 animais de diferentes massas, mas isso só ocorre quando realizamos os cálculos levando em conta apenas sua massa e quantidade de fibras de contração rápida. Em outras palavras, o esperado é que os animais de grande porte desenvolvam enormes velocidades, porém, isso é longe do visto na prática.


          Nesse sentido, quando os pesquisadores analisaram a velocidade máxima das 474 espécies de animais - seja em laboratório seja no ambiente selvagem - o que eles observaram foi um padrão de U ao se colocar a velocidade máxima em função da massa corporal, como pode ser visto nos dois gráficos abaixo. Essa tendência - em larga escala - não parece estar relacionada à biomecânica, ou como as partes anatômicas do animal estão arranjadas, ou como suas articulações funcionam, de acordo com as análises.


         Segundo os pesquisadores do novo estudo, a chave de tudo está relacionada com restrições metabólicas fundamentais. Apesar das fibras de contração rápida estarem presentes em enormes quantidades em animais gigantescos como elefantes e baleias, elas acabam esgotando o ATP armazenado muito antes deles gerarem as máximas velocidades esperadas por modelos biomecânicos (por causa da aceleração desenvolvida ser mais baixa, o tempo até alcançar o máximo do potencial de velocidade acaba sendo longo demais). Portanto, os animais de porte médio acabam tendo um equilíbrio ideal entre quantidade de fibras musculares de contração rápida, energia em ATP armazenada e massa corporal total.




         É também válido lembrar que dentro de cada categoria (pequeno, médio ou grande porte), diferenças anatômicas, termorregulatórias e biomecânicas garantem diferentes velocidades máximas entre as diferentes espécies. Um ser humano médio (70 kg), por exemplo, possui uma velocidade máxima que chega a ser três vezes menor do que o guepardo (65 kg) - o animal mais rápido (corrida) da Terra. Já animais endotérmicos em uma mesma categoria de massa corporal se saem melhor no desenvolvimento de velocidade do que os ectotérmicos no ambiente terrestre, com o oposto ocorrendo no ambiente aquático (nesse último caso, provavelmente por questões evolucionárias de adaptação, já que os mamíferos e pinguins ainda retém características terrestres, enquanto os peixes são totalmente aquáticos). Por causa disso, a previsibilidade de velocidades exatas baseada apenas na análise qualitativa e quantitativa de fibras musculares e de ATP tona-se pouco confiável em muitos casos, e apenas garantem um bom quadro geral.

         De qualquer forma, o estudo pode ajudar na busca da tão procurada estimativa de velocidade de locomoção para animais extintos, especialmente dos grandes dinossauros. Com o novo modelo metabólico proposto (de 'dependência-temporal'), os pesquisadores estimam que um Tyrannosaurus rex de 6 toneladas teria uma velocidade máxima em torno de 27 km/h, ou seja, um pouco mais do que a média de velocidade humana, mas bem menos do que o recorde de velocidade segurado pelo Usain Bolt (>40 km/h) - e isso corrobora também a hipótese mais aceita entre os paleontólogos de que essa espécie de dinossauro era lenta na corrida (com base em modelos morfológicos).

Tabela construída pelos pesquisadores do novo estudo/adaptada


          É válido mencionar que animais terrestres colossais, como os extintos Braquiossauros , os quais ultrapassavam as 70 toneladas de massa corporal, poderiam ter limitações biomecânicas para evitar desgastes e estresse excessivos no sistema musculoesquelético, e naturalmente poderiam ser bem mais lentos do que o esperado (Ref.3) - talvez até mesmo possuindo velocidades menores do que o esperado pelo modelo de dependência-temporal. Por outro lado, adaptações musculoesqueléticas especiais - ossos mais densos, articulações reforçadas e musculatura mais forte do que o normal - podem ter permitido movimentos com maior velocidade e segurança, tornando até mesmo o modelo morfológico hoje aceito subestimante.

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    CONCLUSÃO

          Apesar da tendência geral é ter os animais de porte médio mais rápidos do que os de grande porte e pequeno porte por causa de limitações impostas pela quantidade absoluta de fibras musculares de contração rápida, quantidade de ATP armazenado no ambiente intra-celular e da massa corporal total, fatores biomecânicos, termorregulatórios e anatômicos são decisivos para determinar a velocidade máxima dentro de uma mesma categoria de massa corporal.


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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://www.nature.com/articles/s41559-017-0241-4 
  2. http://www.sciencemag.org/news/2017/07/why-midsized-animals-are-fastest-earth 
  3. http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2000473