Subject:    Re: Lizard engines and rat engines
Date:       5 July 2005
Message-ID: 2hqlc159220flgubapj8n5mtor5kmrv5gm@4ax.com

Na terça-feira, 05 de julho de 2005 às 12:22:50 -0600, dkomo escreveu:

>Todo mundo sabe que répteis são de sangue frio e mamíferos de sangue quente,
>mas poucas pessoas sabem o quão exorbitantes são as exigências energéticas
>das caldeiras térmicas que são os corpos dos mamíferos.
>
>Normalmente, os mamíferos exigem dez vezes mais energia para manter seus corpos em
>seus 37 graus C (98,6 graus F) do que répteis exigem, usando a taxa metabólica
>de repouso como comparação.
>
>Chris Lavers, em seu livro Why Elephants Have Big Ears, apresenta uma
>ilustração interessante dessa diferença. Imagine uma lagartixa e um ratinho
>de mesmo tamanho sentados debaixo de uma árvore. Se o motor corporal da lagartixa
>estiver funcionando a, digamos, 100 RPM, o do rato estará a 1000 RPM.
>A velocidade do motor corresponde à taxa de reações metabólicas produtoras de
>calor dentro das células.
>
>Mas quando os motores são exigidos, o rato tem desempenho muito melhor.
>Se ambos decidirem correr para outra árvore a um quilômetro de distância, a lagartixa
>aumentará seu motor para 1000 RPM, mas o rato o levará a 10.000 RPM.
>Se a temperatura externa estiver a 38 graus C para dar à lagartixa uma chance justa (o corpo da lagartixa
>ficará na mesma temperatura que o ambiente, e sua eficiência muscular melhora à medida que a
>a temperatura sobe), o rato percorrerá a distância a cerca de 88 metros por minuto, enquanto a
>lagartixa só conseguirá 13 metros por minuto.
>
>No entanto, se os dois animais fossem carros e a lagartixa fizesse 30 milhas
>por galão, o rato faria apenas 3 milhas por galão.
>
>Dadas as severas exigências energéticas de animais de sangue quente, é uma maravilha
>que mamíferos e aves (que também têm sangue quente) tenham evoluído de seu
>último ancestral comum, que era um réptil de sangue frio de algum tipo. E esta
>homeotermia plenamente desenvolvida deve ter se desenvolvido independentemente nas
>linhas evolutivas que levam a cada grupo.

Sim, é verdade que os poiquilotermos (o termo "correto" para animais
comumente chamados de "de sangue frio") têm uma taxa metabólica de uma ordem
de grandeza menor que a dos homeotermos ("de sangue quente"). Nota: uma das
razões para abandonar os nomes quente vs. frio é que, a 38 C, no exemplo dado,
a lagartixa é tão de sangue quente quanto o mamífero; quando a temperatura vai mais
alto, a lagartixa fica ainda mais quente! E um mamífero em hibernação pode, sim,
ter sangue muito frio. Portanto, sangue frio e sangue quente não são usados em
discussões técnicas. Um poiquilotermo tem temperatura corporal variável; um
homeotermo regula sua temperatura relativamente constante. Outras palavras que você
vê são endotermo, um animal cuja temperatura corporal é determinada em boa parte por
fontes internas de calor, e ectotermo, um animal cuja temperatura corporal é determinada
principalmente por fatores externos.

A vantagem mais importante da homeotermia, que vale o enorme custo, não está em
condições quentes, mas em condições frias. No frio, o poiquilotermo esfria e sua taxa
metabólica cai drasticamente até um ponto no qual pode ficar praticamente inerte. Muitos
insetos grandes não conseguem voar se fizer muito frio; répteis (e insetos, e vermes e outros) tornam-se lentos.
Enquanto todos são poiquilotermos, predador e presa ao mesmo tempo, isso não é tão ruim.
A presa não consegue sair do caminho muito rápido, mas então o predador também não pode correr
muito rápido para alcançá-la. Contudo, uma ave ou mamífero que mantém seu corpo aquecido e pode manter
metabolismo alto e ativo mesmo quando está frio terá uma vantagem enorme.

Há outras vantagens secundárias. A sensibilidade térmica das proteínas, e portanto a sensibilidade térmica
das taxas de reações bioquímicas e de outros processos fisiológicos, varia drasticamente de reação
em reação e de processo em processo. Embora a regra geral costume dizer que as reações duplicam ou
triplicam de velocidade a cada aumento de 10 C, o fator real de aumento pode ficar muito abaixo de 2
ou muito acima de 3. Células, órgãos e organismos exigem que todas as reações bioquímicas internas
e os processos biofísicos ocorram em magnitudes compatíveis. Se seus músculos funcionam 15 vezes mais
rápido no calor, mas sua bioquímica só consegue liberar ATP 10 vezes mais rápido, as coisas dão erro. Da
mesma forma, se as etapas 1 e 4 de uma cadeia de reações aumentam drasticamente enquanto a etapa 2 e a
3 não aumentam, ou se a respiração aumenta mais que a circulação, as falhas aparecem de outra forma. Assim,
um organismo que não regula sua temperatura corporal tem muita dificuldade para se adaptar a variações amplas de
temperatura ambiental. Muitas vezes isso leva dias — suficiente para tolerar mudanças sazonais, mas insuficiente para
uma onda de calor ou de frio repentinas, ou mesmo para mudanças diárias da noite para o dia. Manter a temperatura
corporal constante permite que os diferentes sistemas bioquímicos e biofísicos permaneçam finamente ajustados e em harmonia.

Por acaso, a regulação de temperatura corporal de um tipo ou de outro se desenvolveu várias vezes ao longo da evolução.
A maioria de aves e mamíferos está em um extremo: reguladores muito rígidos usando calor produzido internamente para se manter aquecidos
(endotérmicos homeotermos). A maioria dos organismos aquáticos, invertebrados terrestres e anfíbios tem temperaturas
corporais aproximadamente iguais ao ambiente (poiquilotermos ectotérmicos). Muitos répteis, alguns peixes grandes e mesmo alguns
insetos maiores regulam parcialmente — isto é, mantêm seus corpos diferentes do ambiente, mas ainda permitem alguma variação, ou
então regulam apenas partes de seus corpos, geralmente os órgãos centrais e o cérebro, ou regulam apenas parte do tempo.
Estes às vezes são chamados de heterotermos. O mecanismo pode envolver o uso de calor externo (tomar sol, apoiar-se em rocha
aquecida pelo sol ou selecionar outro micro-habitat adequado) ou interno (abelhas-rainhas e abelhas zumbidoras frias "vibrando" para gerar
calor suficiente para voar). Várias espécies de pítons regulam ativamente sua temperatura corporal usando fontes internas de calor ao aquecer os filhotes.

Portanto, aves e mamíferos certamente NÃO tiveram de desenvolver a homeotermia endotérmica totalmente formada de uma só vez. É geralmente bem reconhecido que muitos dos grandes dinossauros provavelmente regulavam sua temperatura — animais muito grandes tendem a aquecer muito facilmente, e o problema geralmente é como se manter fresco, não como aquecer.
Se os répteis sinápsidos o fizeram é outra história. No entanto, é interessante observar que os monotremados regulam a uma temperatura corporal relativamente baixa (28 a 32C) e os marsupiais (além de alguns grupos placentários como edentados e insetívoros não toscos) regulam entre 33 e 36C. A maioria dos mamíferos regula entre 37 e 39C. As aves "primitivas" como ratitas regulam entre 38 e 39C, enquanto os passeriformes regulam em torno de 42C. Isto é, a "homeotermia" com certeza NÃO é um fenômeno de "complexidade irredutível" em que cada parte precisa estar pronta antes que qualquer parte possa ser vantajosa.

O preço da termorregulação por calor interno é, obviamente, pagar a conta de aquecimento — encontrar alimento suficiente para queimar e produzir todo esse calor. O problema é minimizado por boa isolação — pelos e penas. O problema, naturalmente, é mais severo para animais de zonas temperadas e árticas durante o inverno, quando o alimento é mais escasso. Como consequência, muitos pequenos mamíferos simplesmente deixam de manter a temperatura corporal ao hibernar. Grandes mamíferos têm mais facilidade por vários motivos. Primeiro, a relação entre massa corporal e área de superfície significa que é mais fácil para eles permanecerem aquecidos com menos combustível. Segundo, a relação incomum entre taxa metabólica e tamanho corporal significa que esses animais podem resistir por muito mais tempo em gordura interna armazenada — um mamífero pequeno não consegue acumular gordura suficiente para durar todo o inverno. Aves normalmente apenas migram em vez de lidar com um inverno severo.

Este tema é bem tratado em qualquer texto de Fisiologia Comparativa de Animais ou Fisiologia Ambiental de Animais. Schmidt-Nielsen, Prosser, Withers, Hill e Wyse são alguns autores nessa área.

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Subject:    Re: The Danger of Becoming a Science Fanatic
Date:       21 July 2005
Message-ID: 11dv3t6i55ccl13@corp.supernews.com

John M escreveu:
>Você foi muito cortês e aprecio respostas como a sua. Não posso dizer >o mesmo sobre os outros.

Bem-vindo ao Usenet. Ignore os outros, e responda aos que você considera corteses.

>Meu ponto é que eu nunca apresentei qualquer tipo de teoria para ninguém. Eu pensava
>que isto era uma discussão livre para que cada um apresentasse diferentes
>possibilidades uns aos outros. Eu não tinha ideia de que a teoria da evolução estivesse congelada em
>concreto para não ser tocada ou alterada por hereges como eu.

Ah, se você nunca apresentou nada, por que dedicou tantas linhas para dizer que não o fez?

Uma possibilidade é algo, porém. Uma vez que você diz que tem uma possibilidade, ou sugere que pode existir, então ela entra no fogo comum que qualquer possibilidade sugerida enfrenta. Isso não tem nada a ver com cientistas sendo arrogantes; é assim que a ciência é feita. Podemos todos (seja cientista ou não) gerar muitas ideias, dezenas, centenas, milhares de ideias. Precisa haver algum modo de fazer a seleção de rebanho, caso contrário seremos simplesmente invadidos pela massa de nossas próprias ideias, quanto mais ainda as de milhares de outros cientistas ou bilhões de outras pessoas.

A ciência é um método para crivar milhares de ideias para chegar às poucas que merecem trabalho mais sério. Como tal, é fortemente um processo de seleção ou filtragem. Grande parte disso exige saber o que já se sabe, e aí seus posts têm falhado — você não parece (aparências podem ser enganosas) conhecer bem o que a biologia já sabe antes de colocar ideias para fora e se irritar quando elas não são bem recebidas.

De qualquer forma, tenho um conjunto, provavelmente parecido com o que muitos cientistas usam, de perguntas que aplico às minhas noções para decidir se vale a pena persegui-las. Se eu (nós) aplicamos isso aos meus (nossos) "bebês" teóricos, você realmente espera que nós humanos demos a graça para as suas ideias?

A ideia está de acordo com observações? Exige que você saiba o que as observações realmente são.

Se (quando) houver observações com as quais a ideia não se encaixa bem, elas são pelo menos particularmente difíceis (grandes incertezas, poucas replicações, ... ) de fazer? (Talvez a noção esteja correta, e as observações discordantes tenham fragilidade suficiente para não realmente descartarem a ideia.)

A maioria das ideias não passa por esse ponto. A maior parte do tempo, observações confiáveis são discordantes com a ideia, uma vez que se considera além das poucas em que a noção foi originalmente baseada.

• Há outras coisas que a ideia pode explicar?
• Como a ideia pode ser testada?
• Quão errada ela pode ser? Isso parece, talvez, estranho à primeira vista. O que quero dizer é: se sua noção consegue abarcar todas as observações concebíveis, ela não pode estar errada, portanto é inútil. Boas ideias científicas são capazes de estar muito erradas. As realmente boas (como a MQ, por exemplo) são capazes de estar muito erradas, mas, na prática, são extremamente precisas.

A ideia é nova? Muitas das minhas são descartadas por esse motivo — a ideia costuma estar em uma área sobre a qual não sei muito antes da ideia. Cientistas são muito criativos e já fazem isso há muito tempo. É excelente a chance de que alguém, em algum lugar e algum momento, já tenha tecnicamente tido a noção e, pior, mostrado por que ela não funciona. Eu me dou créditos pela novidade da invenção ou pelo tempo que levou para ser descartada.

Por que ninguém pensou nisso antes? As perguntas anteriores são relativamente comuns entre pessoas que pensam sobre ciência; esta parece menos comum. Contudo, ela me traz bom rendimento, porque pode me levar a respostas melhores para a pergunta anterior — "essa é a espécie de coisa que Fulano poderia ter pensado, você tem certeza que ele não pensou?" Respostas como "sou tão supergênio que aqueles idiotas nem conseguem entender meu brilhantismo" não são permitidas. O que havia de diferente no que eu soube para chegar à ideia em comparação com o que as pessoas no campo não sabiam ou não costumam saber? (observações novas, ideias aproveitadas de um campo e aplicadas a outro, matemática nova, novas capacidades computacionais, ...)

Recentemente tive uma noção particularmente boa, porque ela realmente sobrevive a todas as perguntas anteriores. Então agora dei o primeiro passo para "sair para o público" — conversar com alguém com conhecimento em uma área relevante. Mas primeiro faço meu "dever de casa" para ter alguma confiança de que a ideia vale o tempo de outra pessoa. Ele está de fato mais entusiasmado com ela do que eu. (!) Se eu conseguir fechar os detalhes observacionais, o que já estou fazendo, terei resolvido um problema em seu nicho que ficou em aberto por mais de 100 anos. (Em resposta à minha última pergunta: a) porque estou pegando ideias de 3 áreas que normalmente não se observam mutuamente, b) porque alguns dos efeitos que sustentam a noção só se tornaram observáveis nos últimos anos.)

Se você se considera tendo apresentado uma ideia, falhou em testá-la contra qualquer uma das perguntas anteriores. Isso não é pecado, mas significa que você vai receber uma chuva de críticas quando os outros as aplicarem para você. É um processo duro. Mas ninguém será muito mais fácil com suas noções do que é com as próprias; e eu sou bem duro com as minhas — tenho muitas.

A triagem de ideias também é um dos grandes prazeres de fazer ciência. Discutir o quão boas elas são é uma peça de discussão típica do almoço e de reuniões nos corredores de conferências (por exemplo: você viu aquela palestra de A? Eu achei bastante boa. Não, C diz que ela ignora X, o que a derruba. Mas responde X por Y, o que parece uma boa reação...)

De The Acoustical Foundations of Music 2ª edição, de John Backus, Norton, New York, 1977. p. xiii:

"[Uma] forma de lidar com erros é ter amigos que estejam dispostos a gastar o tempo necessário para conduzir uma análise crítica do desenho experimental antes e dos resultados depois que os experimentos tenham sido concluídos. Uma maneira ainda melhor é ter um inimigo. Um inimigo está disposto a dedicar uma enorme quantidade de tempo e esforço mental para detectar erros grandes e pequenos, e isso sem qualquer compensação. O problema é que inimigos realmente capazes são escassos; a maioria é apenas comum. Outro problema com inimigos é que às vezes eles se transformam em amigos e perdem boa parte do zelo. Foi assim que o autor perdeu seus três melhores inimigos."

von Bekesy foi ganhador do Prêmio Nobel em fisiologia.

--
Robert Grumbine http://www.radix.net/~bobg/ Science faqs and amateur activities notes and links.
Sagredo (Galileo Galilei) "Você apresenta esses assuntos reconditos com excesso de
evidência e facilidade; essa grande habilidade os torna menos apreciados do que seriam se
fossem apresentados de modo mais obscuro." Two New Sciences

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Subject:    Re: Request
Date:       20 July 2005
Message-ID: 11du954g64alt7e@corp.supernews.com

"Zoe" escreveu...

> Segue um trecho de uma postagem em resposta a Howard Hershey, que
> ele não respondeu. Alguém mais pode por favor fornecer uma resposta ao
> seguinte cenário evolutivo?
>
> Você pode rastrear a trajetória de como chimpanzés e humanos conseguem
> produzir descendentes quando se separam pela primeira vez de seu ancestral comum?
>
> O ancestral comum tem, digamos, 23 pares de cromossomos. Uma rara
> "mutação benéfica" faz um filho nascer com um par extra de cromossomos. > Ele é o precursor do chimpanzé. Onde entra o ancestral humano? O ancestral comum também > produz um filho com 23 pares de cromossomos, mas com alguma outra "mutação benéfica" rara que leva o > filho, agora ancestral dos humanos, em uma direção diferente?

Por alguns motivos, parece mais provável que o último ancestral comum de humanos e chimpanzés tivesse 24 pares de cromossomos. Primeiro, chimpanzés, gorilas e orangotangos têm todos 24 pares de cromossomos (o que torna mais provável que esse fosse o número do último ancestral comum dos grandes símios, e permaneceu assim até ser reduzido na linhagem humana). Segundo, enquanto todos os cromossomos têm um centrômero no centro e telômeros na extremidade, o cromossomo humano dois possui um centrômero vestigial e um telômero embutidos no próprio cromossomo, sugerindo que foi formado por fusão de dois cromossomos. De fato, há dois cromossomos separados em chimpanzés que são muito semelhantes em sequência às duas "metades" do cromossomo 2 humano.

Aliás, embora você não tenha perguntado explicitamente, o okapi (uma espécie rara de girafa de pescoço curto) possui indivíduos com 22 pares de cromossomos, 23 pares, e até 22,5 pares (para 45 cromossomos no total — nesse caso dois cromossomos de um dos progenitores devem ser pareados com um — fundido — cromossomo do outro progenitor). Então uma mutação que produziu o primeiro humano com um cromossomo 2 (em vez dos cromossomos ancestrais 2a e 2b) não teria impedido aquele indivíduo de reproduzir-se com sucesso. Ou, pegue o caso do cavalo de Przewalski e do cavalo doméstico: cavalos domésticos, como seus criadores humanos, têm um par a menos de cromossomos que seus ancestrais selvagens, devido, aparentemente, a uma fusão cromossômica — mas cavalos domésticos e de Przewalski ainda podem cruzar e produzir descendentes férteis. Em outros casos (p. ex., "raças cromossômicas" de ratos), ter números de cromossomos diferentes reduz a interfertilidade.

Não há razão para supor que a diferença nos números de cromossomos tenha começado com o último ancestral comum; pode ter sido bem mais recente, muito depois da linha humana ter se separado da linha do chimpanzé. E não há razão particular, para esse ponto, para supor que a linha humana iniciou com alguma mutação benéfica em particular, em vez de nossos ancestrais simplesmente terem se deslocado para uma parte diferente da África em relação aos ancestrais do chita, de modo que não puderam mais se cruzar (a separação geográfica impediu que novas mutações benéficas — ou neutras ou prejudiciais — na linha dos homininos entrassem no pool gênico dos chimpanzés).

> Aqui está sua árvore embrionária.

>
> ancestral comum       ancestral do chimpanzé (indivíduo único)
> _____________________/
>                      \
>                       ancestral humano (indivíduo único)

Não, certamente a ramificação envolveu populações reprodutoras inteiras — uma banda, ou poucas bandas, de símios deslocando-se para um novo território distante das terras onde outros membros de sua espécie viviam. Como observado, no ponto de ramificação, ambas as populações teriam sido símios da mesma espécie; elas não se tornariam espécies diferentes até depois do ponto de ramificação, após a separação geográfica deixá-las livres para evoluírem em duas direções diferentes. Lembre-se de que, assim como não houve um "primeiro falante de francês" lutando para se fazer entender em uma nação de falantes de latim clássico, assim também não houve um "primeiro humano" ou "primeiro chimpanzé", mas apenas uma mudança gradual ao longo de muitas gerações da mesma espécie ancestral.

> Você pode continuar dali? Qual o caminho? Neste ponto, o ancestral do chimpanzé ainda pode > cruzar com o ancestral comum ou com o ancestral humano? Precisa cruzar com algo para > produzir mais descendentes depois do seu próprio tipo, então de onde vem o parceiro?

A maioria dos evolucionistas sustenta que a maioria dos eventos de especiação são "alopátricos", o que significa que ocorrem depois que a população ancestral se dividiu em dois grupos que ainda poderiam se cruzar se se encontrassem, mas que já não se encontram mais. Depois, mutação, deriva genética e seleção em ambientes diferentes mudam gradualmente as populações em espécies diferentes. Nenhuma mutação em particular (a menos que se conte a poliploidia) é provável de produzir uma nova espécie. Uma abordagem melhor (embora ainda simplificada) seria pensar em uma sequência inteira de mutações, algumas benéficas, a maioria neutras (mas ainda assim tornaram-nos diferentes dos chimpanzés), e que cada uma tornava o portador um pouco mais "humano" (ou, na outra linhagem, um pouco mais "chimpanzé"). Nenhum único gene tornaria seu portador muito diferente de outros membros de sua espécie, ou incapaz de se cruzar com eles.

Não parece provável que um humano moderno pudesse (ou pelo menos que o fizesse) se cruzar com um chimpanzé moderno, mas presumivelmente há cinco milhões de anos, nossos ancestrais eram apenas um pouco mais "humanos" que os ancestrais dos chimpanzés modernos. Provavelmente podiam produzir descendentes férteis com os ancestrais dos chimpanzés, mas, como mencionado, viviam em partes diferentes da África e deixaram de se encontrar.

Aliás, poliploidia é a duplicação de todo o genoma; plantas se especiam dessa forma o tempo todo, mas em animais é mais raro (embora haja exemplos fortemente apoiados para sapos, roedores e outros vertebrados; presumivelmente, eles não podem formar uma nova espécie a menos que possam reproduzir-se por partenogênese, ou a menos que a poliploidia ocorra com frequência suficiente para eventualmente produzir dois membros da mesma espécie no mesmo tempo e lugar). Mas isso não tem nada a ver com como humanos se separaram dos símios.

-- Steven J.

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