Se você pensa em "desvendar os mistérios do universo", provavelmente pensa em física:astrônomos espiando através de telescópios em galáxias distantes, ou experimentadores esmagando partículas em pedacinhos no Grande Colisor de Hádrons.
Quando os biólogos tentam desvendar mistérios profundos da vida, nós também tendemos a buscar a física. Mas nossa nova pesquisa, publicada na Science, mostra que a física nem sempre tem as respostas para as questões da biologia.

Durante séculos os cientistas perguntaram por que, quilo por quilo, os animais grandes queimam menos energia e requerem menos comida do que os pequenos. Por que um pequeno musaranho precisa consumir até três vezes seu peso corporal em alimentos por dia, enquanto uma enorme baleia pode sobreviver com uma dieta diária de apenas 5-30% do seu peso corporal em krill?

Embora os esforços anteriores para explicar essa relação tenham se baseado na física e na geometria, acreditamos que a resposta real é evolutiva. Essa relação é o que maximiza a capacidade de um animal de produzir descendentes.

Quanto as restrições físicas moldam a vida?

A primeira explicação para a relação desproporcional entre metabolismo e tamanho foi proposta há quase 200 anos.

Em 1837, os cientistas franceses Pierre Sarrus e Jean-François Rameaux argumentaram que o metabolismo energético deveria escalar com a área de superfície, em vez de massa ou volume corporal. Isso ocorre porque o metabolismo produz calor, e a quantidade de calor que um animal pode dissipar depende de sua área de superfície.

Nos 185 anos desde a apresentação de Sarrus e Rameaux, inúmeras explicações alternativas para a escala observada do metabolismo foram propostas.

Provavelmente o mais famoso deles foi publicado pelos pesquisadores americanos Geoff West, Jim Brown e Brian Enquist em 1997. Eles propuseram um modelo descrevendo o transporte físico de materiais essenciais através de redes de tubos ramificados, como o sistema circulatório.

Eles argumentaram que seu modelo oferece "uma base teórica e mecanicista para entender o papel central do tamanho do corpo em todos os aspectos da biologia".

Esses dois modelos são filosoficamente semelhantes. Como muitas outras abordagens apresentadas ao longo do século passado, elas tentam explicar os padrões biológicos invocando restrições físicas e geométricas.

A evolução encontra um caminho

Os organismos vivos não podem desafiar as leis da física. No entanto, a evolução provou ser notavelmente boa em encontrar maneiras de superar restrições físicas e geométricas.

Em nossa nova pesquisa, decidimos ver o que acontecia com a relação entre taxa metabólica e tamanho se ignorássemos restrições físicas e geométricas como essas.

Então desenvolvemos um modelo matemático de como os animais usam energia ao longo de suas vidas. Em nosso modelo, os animais dedicam energia ao crescimento no início de suas vidas e, na idade adulta, dedicam quantidades crescentes de energia à reprodução.

Usamos o modelo para determinar quais características dos animais resultam na maior quantidade de reprodução ao longo de suas vidas – afinal, do ponto de vista evolutivo, a reprodução é o jogo principal.

Descobrimos que os animais que se prevê serem mais bem-sucedidos na reprodução são aqueles que exibem precisamente o tipo de escala desproporcional do metabolismo com o tamanho que vemos na vida real!

Essa descoberta sugere que a escala metabólica desproporcional não é uma consequência inevitável de restrições físicas ou geométricas. Em vez disso, a seleção natural produz essa escala porque é vantajosa para a reprodução ao longo da vida.

A natureza inexplorada

Nas famosas palavras do biólogo evolucionista russo-americano Theodosius Dobzhansky, "nada faz sentido na biologia exceto à luz da evolução".

Nossa descoberta de que o aumento desproporcional do metabolismo pode surgir mesmo sem restrições físicas sugere que estamos procurando explicações no lugar errado.

As restrições físicas podem ser os principais impulsionadores dos padrões biológicos com menos frequência do que se pensava. As possibilidades disponíveis para a evolução são mais amplas do que imaginamos.

Por que historicamente temos estado tão dispostos a invocar restrições físicas para explicar a biologia? Talvez porque nos sintamos mais confortáveis ​​no refúgio seguro de explicações físicas aparentemente universais do que no deserto biológico relativamente inexplorado das explicações evolucionárias.