Las leyes de escala entre volumen y área de superficie determinan mucho sobre el rango y la combinación de características permisibles en el diseño de organismos.
De las matemáticas básicas, recuerde que la longitud x se relaciona con el área x al cuadrado, y luego con el volumen x al cubo.
Pero hay una distinción importante para los animales terrestres, como los árboles, con patas. La fuerza de una estructura vertical bajo la gravedad, como los huesos, depende del área de la sección transversal. Sin embargo, el peso varía según el volumen. Esto significa que la relación resistencia / peso de una estructura vertical varía de la siguiente manera:
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W S S / W
1/16 1/8 4
1/8 1/4 2
1 1 1
8 4 1/2
16 8 1/4
Entonces, un animal que es 32 veces más liviano que un humano tiene 8 veces la relación fuerza / peso, y un animal 32 veces más pesado tiene solo 1/8 de la relación fuerza / peso.
Puede ver esto claramente en el mundo de las plantas, aunque los árboles más altos tienen bases muy anchas, pero en última instancia están limitados por su peso en relación con el área. En el otro extremo de la escala, nunca podrías copiar un tallo alto de hierba para hacer un árbol.
Una hierba tiene un truco adicional de ser hueca también, para permitir que crezca aún más alto. Los huesos son porosos para reducir el peso y huecos como en las aves, pero no solo para volar. Los huesos huecos permiten que las aves caminen sobre sus patas, pero generalmente prefieren descansar sobre sus partes inferiores.
Los poderosos dinosaurios carnívoros, no animales, pero de sangre caliente, pueden ser engañosos en apariencia. Tenían huesos grandes pero relativamente ligeros. Puedes ver esto en la estrategia de defensa de algunos herbívoros, con colas en forma de cruz, algunos armados con púas óseas y palos giratorios para apuntar a esos huesos vulnerables. Se han encontrado esqueletos con tales heridas.
Esto nos dice inmediatamente por qué los animales pequeños son ágiles, y por qué el tamaño se limita para los animales terrestres en elefantes o mamuts. Pero no por qué no hay nada mucho más pequeño que los ratones de campo y los roedores en el extremo inferior. Además de la observación de que los huesos apenas son necesarios para los caracoles y larvas de insectos, hablando de eso, pueden conformarse con la suficiente fuerza de una delgada concha en el exterior llamada exoesqueleto.
Soportar el peso en el agua es un problema menor, y los herbívoros realmente grandes sin duda habitaban en terrenos pantanosos. Una ballena varada puede sufrir costillas rotas causadas por un peso no soportado.
El segundo factor importante, además de la fuerza, que se escala de la misma manera, es la relación de enfriamiento a calentamiento. La generación de calor por un animal de sangre caliente depende de la masa y, por lo tanto, del volumen. Sin embargo, la tasa de pérdida de calor depende de las superficies de enfriamiento disponibles. Entonces, los animales grandes tienen problemas para deshacerse del calor, mientras que los pequeños tienen problemas para retener el calor. Estar cerca del agua permite el enfriamiento para que las ballenas puedan superar a los mamíferos terrestres. Los elefantes africanos tienen piel arrugada para ayudar a refrescarse y orejas grandes. Esto también explica por qué aman el agua. Los osos grandes prefieren climas fríos, al igual que los mamuts lanudos. Los grandes depredadores como los leones cazan principalmente por la noche y no tienen que comer todos los días. Los humanos son los animales más sudorosos. Los perros jadean con la lengua y necesitan mantenerse hidratados. Los ratones deben seguir moviéndose y comiendo para mantenerse calientes.
A medida que los animales se hacen más pequeños, su tasa metabólica debe aumentar. El número total de latidos en una vida es constante, lo que sugiere que la demanda de energía afecta la longevidad. Los humanos y los delfines tienen altas demandas de energía del cerebro, lo que los aparta de la línea.
Los depredadores están adaptados a la presa, por cada oveja hay un lobo, por antílope un león.
El tamaño se convierte en un factor en un sentido más abstracto, tanto para la fuerza como para la energía, cuando se forman manadas o agrupaciones para crear un organismo virtual que conserva el calor y reduce la posibilidad de depredación por individuo.
El tamaño también puede ser una señal sexual y puede estar involucrado en la visualización del estado ritualizado.
