De ratones, hombres y elefantes: el tamaño sí importa
Héctor T. Arita, Pilar Rodríguez y Leonor Solís
Las diferencias de tamaño son un hecho de la vida. Ya sea que, como Aristóteles, queramos ver todo desde la limitada perspectiva que nuestro tamaño biológico nos impone o que, como Twain, comprendamos la importancia de las proporciones, nuestro entorno es un universo de tamaños y escalas que determinan las pautas de nuestra vida. Entre los zoólogos, uno de los hechos más interesantes es que especies tan disímiles como una musaraña de apenas dos gramos y una ballena azul de cerca de 190 toneladas compartan toda una serie de características morfológicas y fisiológicas que muestran claramente que ambos animales pertenecen al mismo grupo biológico, el de los mamíferos.
La diminuta musaraña y su gigantesco primo marino que pesa 100 millones de veces más tienen el mismo diseño anatómico básico compartido por las 4 600 especies de mamíferos del mundo. Tanto la musaraña como la ballena, así como los ratones y los elefantes o los murciélagos, son vertebrados endotermos que presentan metabolismos relativamente altos para mantener constante su temperatura corporal. Todos ellos poseen pelo en alguna etapa de su vida y sus hembras presentan glándulas mamarias que producen leche con la que alimentan a las crías. Con muy pocas excepciones, los mamíferos chicos y grandes son vivíparos y todos ellos presentan además otras características morfológicas que los distinguen del resto de los vertebrados.
Si de alguna manera tuviésemos la oportunidad o la posibilidad de inventar un mamífero ideal, ¿cómo sería?, ¿qué tamaño elegiríamos y qué características podríamos darle para asegurar su óptima sobrevivencia? Lograr un diseño eficiente implicaría trabajar a la manera de los ingenieros o los arquitectos, tomando en cuenta las dimensiones de nuestra construcción para darle forma, estructura y función a nuestra creación, para lo cual deberíamos considerar todas las leyes físicas y químicas de nuestro mundo. Esa difícil tarea de diseño avanzado la ha realizado la naturaleza desde hace millones de años, generando una gran variedad de organismos que son capaces de sobrevivir bajo muy distintas condiciones ambientales, además de mantener las características básicas que los hacen mamíferos. Sabemos que como seres humanos todavía estamos muy lejos de poder crear el hipotético mamífero ideal y debemos limitarnos a sorprendernos ante la maravillosa diversidad de soluciones que la naturaleza ha encontrado al problema de ser mamífero y no morir en el intento.
La fierecilla fosilizada y el rinoceronte cuellilargo
Todos los seres vivos están sujetos a una serie de leyes físicas que establecen límites para el tamaño que pueden adquirir. Por ejemplo, se ha calculado que el medio acuoso en el interior del ser vivo más pequeño que se conoce, el Mycoplasma, consiste apenas de dos iones de hidrógeno. También se ha calculado que los dinosaurios más grandes que existieron, los saurópodos, estuvieron muy cerca del tamaño máximo teórico permitido por las leyes de la biomecánica para un animal terrestre.
Otras restricciones biomecánicas y fisiológicas determinadas por las características propias de los mamíferos establecen límites específicos de tamaño. Así, de acuerdo con algunos cálculos fisiológicos, el límite inferior absoluto para un vertebrado endotérmico sería de alrededor de 2.5 gramos. La teoría, propuesta por el mastozoólogo Oliver Pearson en 1948, toma en cuenta el balance que existe entre la energía que se produce por el metabolismo y aquella que se pierde hacia el entorno. La cantidad producida depende de la tasa metabólica y la masa absoluta del animal, mientras que la energía que se disipa depende de la temperatura ambiental y la superficie expuesta del individuo (el área completa de piel a través de la cual se da la pérdida de calor). Ahora bien, dado que la masa de un animal varía en proporción al cubo de la longitud mientras que la superficie lo hace en proporción al cuadrado, los animales de tamaño pequeño tienen superficies expuestas mucho más extensas en proporción a su peso que los animales más grandes y por lo tanto pierden más velozmente el calor. Ésta es la misma razón por la que los cubos de hielo pequeños se derriten mucho más rápidamente que un bloque grande. Para poder mantener una temperatura interna constante, las aves y los mamíferos muy pequeños necesitan mantener tasas metabólicas relativas (por unidad de peso) mucho más altas que los animales grandes. Los animales pequeños necesitan quemar proporcionalmente más combustible para mantener el “fuego de la vida,” en palabras del fisiólogo Kleiber. Pearson calculó que un mamífero o un ave de menos de 2.5 g sería incapaz de generar la suficiente energía como para contrarrestar la pérdida. Otra consecuencia de la inexorable ley de las proporciones es que los endotermos muy pequeños tienen que ser de naturaleza muy activa para poder conseguir suficiente alimento para mantener vivo su intenso fuego interno. Esa es la razón por la que las musarañas, que se cuentan entre los mamíferos más diminutos, viven vidas muy intensas y son hiperactivas, por lo que son consideradas “fierecillas”, como la fierecilla domada de la comedia de Shakespeare.
De hecho, la musaraña europea (Suncus etruscus) se considera el mamífero terrestre más pequeño del mundo y es afamada por su fiereza. El colibrí abeja de Cuba (Mellisuga helenae) es el ave más chica que se conoce, mientras que el murciélago abejorro de Tailandia (Craseonycteris thonglongyai) es el mamífero volador más diminuto. Estos tres campeones de la pequeñez tienen masas corporales muy cercanas al límite teórico calculado por Pearson. Los adultos de la musaraña europea pesan cerca de 2.5 gramos, mientras que los murciélagos abejorro son aún más pequeños, con un peso de cerca de 2 gramos, por lo que se les considera los mamíferos vivientes más pequeños. Sin embargo, aun estos pigmeos resultarían gulliveres comparados con la liliputiense ranita Eleutherodactylus iberia, descubierta en Cuba en 1996 y que mide apenas poco más de un centímetro de longitud, es decir una tercera parte de lo que mide el murciélago abejorro. Evidentemente, la ranita cubana, al no ser endoterma, “escapa” a las restricciones fisiológicas descubiertas por Pearson y puede alcanzar un tamaño sorprendentemente pequeño.
Un descubrimiento reciente, una fierecilla fosilizada, parece echar por tierra la validez de la teoría energética del tamaño mínimo. La descripción de la musaraña Batodonoides vanhouteni, el mamífero más pequeño de todos los tiempos, fue sacado a la luz en 1998. Esta musaraña fósil del Eoceno temprano (hace 55 millones de años) tenía una longitud de tan sólo un poco más de 2 centímetros y pesaba cerca de 1.3 gramos, más o menos lo que pesa un billete y casi la mitad de lo que pesa la musaraña europea. Evidentemente, la teoría de Pearson no podría explicar la existencia de esta miniatura de animal. En 1977, Tracy, desarrolló un modelo alternativo al de Pearson, que podría salvar el prestigio de las predicciones fisiológicas ante la evidencia de la musaraña del Eoceno. Del mismo modo que años después otros fisiólogos como Calder, Tracy se basó en los mismos principios que Pearson, pero planteando que la pérdida de energía depende no sólo de la superficie expuesta sino de la temperatura ambiente promedio. Asimismo, la capacidad de generar energía internamente estaría limitada principalmente por la capacidad de un animal de conseguir suficiente comida para alimentar el fuego metabólico. Así, en un ambiente con una temperatura externa constante y relativamente alta, un mamífero realmente diminuto (como Batodonoides) podría sobrevivir si fuera altamente eficiente en la obtención de alimento.
Otro fisiólogo, Schmidt-Nielsen, ha argumentado que el límite inferior de tamaño para un vertebrado endotérmico no está determinado por el equilibrio energético, sino por otro factor limitante: la capacidad del corazón para bombear sangre oxigenada a todo el cuerpo. Debido a las altas tasas metabólicas por unidad de masa, el corazón de los vertebrados pequeños necesita trabajar a velocidades más altas que el de los animales más grandes. Se ha medido que el corazón de algunas musarañas trabaja al impresionante ritmo de 1 200 latidos por minuto. Para darnos una idea de lo increíble que resulta esta cifra, basta calcular que el ritmo equivale a 20 latidos por segundo, lo que implica que en un lapso no mayor de 50 milisegundos el corazón de una musaraña debe completar un ciclo completo, relajar el músculo y quedar listo para el siguien te ciclo. Se ha demostrado que el ritmo cardiaco varía en proporción a la masa corporal elevada al exponente (–0.25). Con este dato es fácil calcular que si la musaraña del Eoceno tenía una masa corporal de la mitad de la de una musaraña actual pequeña, el corazón de la especie fósil debió haber trabajado a un ritmo 1.19 veces más rápido, es decir a una tasa de alrededor de 1425 latidos por segundo, muy sorprendente pero dentro de los límites creíbles para el músculo de un vertebrado (de hecho, el corazón de algunos colibríes trabaja a ese ritmo). Si Schmidt-Nielsen tiene razón y es el ritmo cardiaco lo que determina el tamaño mínimo de un vertebrado, entonces es perfectamente explicable la existencia de la musaraña Batodonoides, con su minúsculo tamaño.
En el otro extremo del espectro de tamaños, el mamífero terrestre viviente más grande es el elefante africano (Loxodonta africana). El individuo más grande que haya sido medido bajo condiciones controladas pesó cerca de siete y medio toneladas, es decir tres millones de veces el peso de la musaraña europea. Los mayores mamíferos terrestres que han existido jamás fueron los hyracodóntidos, parientes de los rinocerontes actuales, pero mucho más grandes, carentes de cuernos y con el cuello alargado, que vivieron en Asia y Europa durante el Oligoceno (entre 23 y 34 millones de años atrás). El Baluchitherium, que medía 8 metros de largo y 5.5 de alto, se disputa con su pariente el Indricotherium el título del mamífero terrestre más grande de la historia. Según diferentes cálculos, estos goliats de los mamíferos pesaban entre 15 y 30 toneladas, es decir, entre 10 y 20 millones de veces más que la musaraña del Eoceno recientemente descubierta.
Algunas de las limitantes biomecánicas y fisiológicas que determinan el tamaño máximo de un vertebrado terrestre se han discutido en otro artículo (ver “Gigantes Jurásicos” en el número 44 de Ciencias), por lo que no entraremos en detalles en el presente. Basta mencionar aquí que los rinocerontes gigantes de cuello largo del Oligoceno, aun con sus veintitantas toneladas, están por debajo de los límites teóricos de tamaño para un vertebrado terrestre. Hay que recordar que los dinosaurios más grandes, los saurópodos, según algunos autores, alcanzaron pesos de 80 toneladas o más. Se ha especulado que el único factor que podría explicar porqué nunca existieron mamíferos del tamaño de un saurópodo es que los mamíferos más grandes son herbívoros, y que la materia vegetal es un alimento energéticamente muy difícil de aprovechar, por lo que el límite superior de tamaño para un vertebrado endotermo estaría determinado por la capacidad de adquirir suficiente alimento a partir de las plantas para mantener en funcionamiento varias toneladas de un organismo altamente demandante de energía, como lo es un mamífero.
Para cerrar esta sección del artículo, podemos concluir que para ser un mamífero y no morir en el intento, se debe tener una masa corporal comprendida entre los 1.3 gramos de la fierecilla fosilizada y las veintitantas toneladas de los rinocerontes cuellilargos. Tenemos amplio campo de acción. Se trata de más de siete órdenes de magnitud comprendidas entre los extremos de tamaño.
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