Mi campo de especialización es la nanotecnología, por lo que normalmente estoy considerando el problema opuesto. La dificultad esencial con los cambios radicales en el tamaño es la ley de cubo cuadrado:
Considera un cubo. Divídalo por la mitad a lo largo de las 3 dimensiones. Los nuevos cubos tienen la mitad de la longitud, pero un cuarto de la superficie (4 caras por cara original). Además, hay 8 de ellos, por lo que los nuevos cubos tienen un octavo del volumen del original.
Tome un cubo y duplique sus dimensiones, y el cubo inflado tiene 4 veces el área y 8 veces el volumen.
Por lo tanto, la ingeniería esencial y los parámetros anatómicos que son proporcionales al área y al volumen quedarán desproporcionados entre sí. El ejemplo de enseñanza estándar es el peso frente a la fuerza (aunque voy a llegar a otros ejemplos): el peso de un objeto aumenta en proporción a su volumen, pero la fuerza de un músculo es proporcional al área de su sección transversal. Entonces, si el plan corporal humano se duplica, los músculos se vuelven 4 veces más fuertes pero tienen que moverse 8 veces el peso. La fuerza relativa se reduce a la mitad: si eres este humano inflado, la gravedad parece haberse duplicado. Tus huesos también han reducido a la mitad su fuerza relativa.
En la dirección opuesta, una hormiga puede transportar cargas muchas veces su propio peso corporal. Si el plan corporal humano se reduce 100 veces, los músculos se vuelven 10 000 veces más débiles, pero la carga que deben mover se vuelve 1 millón de veces más ligera. Subjetivamente, parece requerir una centésima parte del esfuerzo original para mover el cuerpo y las cargas ajustadas.
Sin embargo, este humano en miniatura se congelará rápidamente hasta la muerte (el humano inflado se sobrecalentará):
La capacidad de generar calor es proporcional al volumen; la pérdida de calor es proporcional al área de la superficie. La persona que se encoge a la mitad de su altura pierde 4 veces menos calor pero genera 8 veces menos calor; ser grande durante una edad de hielo es, por lo tanto, una buena idea.
Un elefante necesita orejas gigantes para aumentar su área total porque de lo contrario moriría de hipertermia. Las criaturas funcionales de este tamaño no pueden parecerse a caballos o insectos. La razón por la cual los insectos y otros artrópodos no pueden crecer mucho es en su respiración primitiva: el consumo de oxígeno es proporcional al área de absorción, pero la demanda de oxígeno crece con el volumen. Sin un sistema de alto rendimiento como los pulmones, un artrópodo muy grande se asfixiará, por lo que en el pasado remoto, cuando los niveles de oxígeno eran más altos, estas criaturas podrían llegar a ser bastante grandes.
La invención del pulmón rompe un “techo” de ingeniería en la respiración, lo que permite criaturas aún más grandes (como patas más gruesas u orejas más grandes). Pero una criatura suficientemente grande todavía se asfixiaría con pulmones proporcionalmente agrandados. Ya hemos apretujado el área de la mitad de una cancha de tenis en nuestros propios cofres, y nuestros intestinos son una cancha de tenis completa en la zona (la demanda de alimentos crece con el volumen, por lo que estamos absorbiendo relativamente la mitad de lo que necesitamos si el plan corporal humano duplicado). El área de un periódico se pliega para hacer que tu cerebro: la coordinación de un cuerpo grande requerirá cerebros más grandes. El peso, el calor, el suministro de oxígeno, el transporte y la coordinación de alimentos / desechos estallan en dificultades a medida que el cuerpo crece.
El retoque para obtener más área para que coincida con el volumen de inflado hace que el sistema sea considerablemente más complicado, y todo tiene que ser atendido por la circulación o se morirá de hambre o se sofocará en sus propios desechos o sobrecalentamiento: la demanda de recursos y la producción de desechos función cúbica que adelanta a un cuadrático. Extienda el eje lo suficiente y la función cúbica eventualmente ganará y matará el diseño.
Todo debe reconsiderarse con mucho cuidado, y la mayoría de los organismos encuentran formas alternativas de vivir. La mayoría de los organismos nunca se molestaron con la gravedad, ya que existen en una escala donde la tensión superficial es más fuerte. Ya tenemos vida ‘ingrávida’ en la Tierra.
Así que es poco probable que la biología terrestre construya seres mucho más grandes. Pero, ¿qué permite la física?
En la investigación de nanotecnología, hay clases de materiales con áreas de superficie específicas increíblemente altas (m ^ 2 / gramo), como los aerogeles y las zeolitas, que ofrecen valores de hasta 1000 m ^ 2 / gramo y más. Un objeto con el peso de una pasa se podría desplegar para cubrir aproximadamente 4 canchas de tenis.
La biología alienígena podría desarrollar estructuras análogas para realizar esas áreas fantásticas repletas de pequeños volúmenes, permitiendo organismos funcionales en regímenes de tamaño colosal, aunque los desafíos son todavía inmensos: empujar el fluido circulatorio a través de poros tan pequeños a presiones que romperían el diamante es solo el primer problema. puedo pensar
