Tese de Doutorado #162: Lauro Barbosa

O tamanho, geralmente caracterizado pela massa corporal, afeta a maioria dos parâmetros biológicos e seu efeito é estudado por um ramo da biologia chamado de alometria. Nessa tese estudamos, dos pontos de vista da física e da biologia, dois tópicos: (i) alometria das taxas metabólicas e (ii) relações de escala nas cadeias alimentares. (i) A relação de escala B = aMb, conecta a taxa metabólica B à massa corporal M. Aqui a é uma constante e b é o expoente alométrico. Por muitos anos foi aceito que a taxa metabólica basal de todos os organismos é descrita pela lei de Kleiber (b =3/4). Na tentativa de encontrar uma explicação fundamental para a lei de Kleiber, West, Brown e Enquist propuseram um modelo baseado na rede de distribuição de nutrientes comum para todos os organismos. Contudo, alguns erros matemáticos foram encontrados nesse modelo mostrando que o expoente 3/4 não pode ser derivado corretamente. Recentemente, a universalidade da lei de Kleiber tem sido contestada através de dados experimentais. Além disso, sabe-se que o expoente alométrico da taxa metabólica máxima é maior do que o da taxa metabólica basal. Isso sugere que elas são governadas por mecanismos diferentes. Nós reformulamos as idéias de West, Brown e Enquist e mostramos que este modelo fornece o expoente da taxa metabólica máxima e que o expoente do basal pode ser obtido através de uma aproximação. A diferença entre estes expoentes é devido a adaptações dinâmicas na rede de distribuição de nutrientes. Além disso, nós propomos um novo modelo onde os estados metabólicos dos organismos são descritos em um espaço de quatro dimensões (três comprimentos biológico e um tempo fisiológico). Nós consideramos que as densidades de massa e energia nesse espaço são invariantes por escala (não dependem da massa corporal). Os estados metabólicos diferentes (basal e máximo) são descritos assumindo que os comprimentos biológicos e o tempo são conectados pelos processos de transporte de massa e energia dominantes. Os resultados para a taxa metabólica máxima estão em ótimo acordo com os dados experimentais. Para a taxa metabólica basal nós concluímos que o expoente está no intervalo [2/3, 3=4] e que provavelmente é b = 0,714.