A medida que aumenta el tamaño de un animal, aumenta la masa corporal y aumenta la superficie. Sin embargo, estas dos variables no aumentan a la misma velocidad. Para entender por qué este es el caso, considere dos animales, cada uno de los cuales es un cubo perfecto.
El área de la superficie es igual a la longitud por el ancho de un lado por 6, o 6 * (L ^ 2). Recuerde, la forma es un cubo perfecto, por lo que la longitud es del mismo tamaño que el ancho.
La masa del animal es equivalente al volumen. Para un animal que es un cubo perfecto, el volumen es igual a la longitud por el ancho, por la profundidad y porque L = W = D, el volumen es L ^ 3.
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Para decirlo de otra manera, el área de superficie de un animal aumenta como una función cuadrada, pero el volumen (y, por lo tanto, la masa) aumenta como una función cúbica.
Piense en una pelota de ping pong al lado de una pelota de baloncesto. Para una pelota de ping pong, el centro de la pelota está muy cerca de su superficie exterior. No se puede decir lo mismo para un baloncesto. El centro está mucho más lejos de su exterior. Es decir, la relación de volumen a área de superficie de la pelota de ping pong es menor que la de una pelota de baloncesto. Los biólogos a menudo usan la ración opuesta, es decir, la relación superficie / volumen. Los animales pequeños tienen una mayor relación superficie / volumen que los animales grandes.
Es por eso que la frecuencia cardíaca en animales más pequeños es más rápida que la de animales más grandes. Es particularmente cierto en el caso de los mamíferos y las aves, que en su mayoría son terrestres y de “sangre caliente”. Estos animales generan calor al aumentar su tasa metabólica, es decir, producen energía al usar oxígeno para metabolizar los alimentos.
Los animales generan energía dentro del volumen de sus cuerpos pero la pierden en la superficie. Debido a que los mamíferos y las aves más pequeños tienen una mayor relación superficie / volumen, pierden calor rápidamente y tienen que generar más para mantener su temperatura central en el punto correcto. Los animales grandes con su relación de área de superficie inferior a volumen tienen menos problemas para perder calor. Pueden tener el problema opuesto, evitando la acumulación de calor. Esto tiene todo tipo de problemas interesantes para los animales de sangre caliente.
Las aves con sus tasas metabólicas muy altas causadas por lo que es una actividad de vuelo energéticamente exigente tienen tasas metabólicas más altas que la mayoría de los mamíferos. Con muy pocas excepciones, tienen que comer más alimentos de alta energía como semillas y nueces, o tejido animal. No se ven muchas aves en pastoreo: la comida es demasiado difícil de digerir y tiene un contenido energético mucho menor por gramo.
Para conservar energía, los pequeños mamíferos pueden sufrir letargo periódico (una especie de mini hibernación) durante el cual su temperatura corporal cae en picado. Para comenzar de nuevo, tienen una grasa especial, grasa marrón, que puede producir rápidamente energía para elevar su temperatura central lo suficiente como para que puedan estar activos. Los animales más pequeños necesitan procesar mucha energía, por lo que se alimentan con mucha más frecuencia que los animales más grandes. Una musaraña tiene que comer casi continuamente para obtener suficiente energía para mantenerse con vida. Pueden morir de hambre en un día si no pueden comer. En la musaraña de cola corta estadounidense, los machos entran en letargo durante el acto sexual, lo que implica que el macho queda encerrado en su lugar mientras la hembra corre a hacer lo que es realmente importante para una musaraña, encontrar su próxima comida.
Para procesar la energía requerida para mantener algo así como la temperatura corporal adecuada, el corazón tiene que latir rápido para hacer circular el oxígeno y el azúcar, y eliminar los desechos lo suficientemente rápido como para mantener la alta tasa metabólica necesaria para mantenerse con vida. Los mamíferos y las aves más grandes con una relación superficie / volumen más favorable pueden tener tasas metabólicas más bajas y, por lo tanto, frecuencias cardíacas más lentas.
Mi experiencia con los reptiles es más limitada, pero creo que el problema es algo similar. Por supuesto, los reptiles no se termorregulan cambiando las tasas metabólicas para variar la producción de energía (y calor), por lo que sus tasas metabólicas, frecuencias cardíacas y su necesidad de alimentos y oxígeno es mucho menor.
