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Transcripción

Dentro y fuera, dentro y fuera.

Mantenerse vivo se trata de hacer cosas. En este mismo segundo, sus células están quemando moléculas de glucosa con oxígeno

para hacer que la energía esté disponible, lo que lo mantiene vivo por otro momento precioso.

Para llevar el oxígeno a sus células, está respirando.

Respirar es una respuesta a un problema muy difícil: ¿cómo se obtienen los recursos que necesitan sus células para sobrevivir,

desde el exterior hasta el interior de sus células? Todo ser vivo tiene que resolver este problema

y la solución es sorprendentemente diferente dependiendo de uno de los reguladores más importantes de la vida: el

tamaño.

Como hemos comentado en otros vídeos:

A distintas escalas, las leyes físicas del universo tienen distintas consecuencias para sus habitantes.

Cosas simples como la temperatura, la microgravedad o la tensión superficial pueden no importarle o ser un peligro mortal

, dependiendo de su tamaño.

Los seres vivos necesitan muchos materiales diferentes para mantenerse en movimiento.

Y de alguna manera necesitan transportarlos desde afuera hacia adentro.

Este fue un gran problema para las primeras cosas a punto de estar vivo, porque hacer cualquier cosa en nuestro universo requiere energía.

Y los primeros seres vivos en la tierra no tenían la abundancia de herramientas y técnicas disponibles

que tiene la vida hoy después de miles de millones de años de evolución.

Así que desde el principio, la vida necesitaba encontrar una manera de obtener cosas buenas dentro

y cosas malas fuera de sí misma sin usar energía.

Afortunadamente, las primeras formas de vida fueron muy, muy pequeñas.

Y debido a que eran tan pequeños, pudieron utilizar una forma de transporte libre

que se basaba en una ley física llamada difusión.

La difusión es la regla del universo según la cual las moléculas, especialmente en líquidos o gases,

se mueven constantemente en todas direcciones.

Y debido a que se mueven y chocan entre sí y con otras moléculas, tienden a extenderse.

Por ejemplo, si dejas caer un terrón de azúcar en agua, entonces hay mucha azúcar en un lugar

y en otro lugar no hay nada.

A medida que las moléculas de azúcar se disuelven en el agua, comenzarán a chocar aleatoriamente contra las moléculas de agua

y otras moléculas de azúcar.

Lentamente, todas las moléculas de azúcar se extenderán y formarán múltiples fases de diferentes concentraciones.

Estos movimientos aleatorios continúan sin cesar, hasta que en algún momento el azúcar se esparcirá

uniformemente en el agua.

Lo bueno de la difusión es que la vida puede usarla gratis, no requiere energía.

Y la vida ama las cosas gratis. Entonces, toda la vida en la tierra se basa en la difusión.

Miremos al ser vivo más pequeño de la tierra, una bacteria. Concretamente sus superficies.

Las membranas celulares permiten la difusión de ciertas moléculas.

Esta bacteria específica consume oxígeno para vivir, mientras que en el interior se produce dióxido de carbono

como producto de desecho.

Entonces, dentro de la bacteria no hay mucho oxígeno, sino mucho dióxido de carbono.

Debido a la difusión, estas moléculas eventualmente se extenderán de manera uniforme, por lo que el dióxido de carbono se difunde,

mientras que el oxígeno se repone constantemente desde el exterior.

Pero este tipo de “respiración” solo funciona para el mundo muy pequeño.

Para bacterias, amebas o sus células y algunos animales muy pequeños.

Los insectos, por ejemplo, tienen una fina red de tráquea, túneles con un gradiente de presión,

donde el aire puede difundirse muy lentamente e intercambiar gases con las células de los insectos.

Pero incluso los insectos parecen ser capaces de contraer su tráquea

y al menos algunos incluso tienen órganos respiratorios especializados como espiráculos y bolsas de aire.

A determinadas escalas, la difusión es demasiado lenta para mantener vivas las células.

El problema fundamental es que el intercambio con el medio ambiente solo puede ocurrir en la superficie

y la difusión de materiales solo puede sostener una cierta cantidad de adentro.

Los seres vivos diminutos tienen solo un poco de interior o volumen y mucho exterior

o superficie.

Pero, ¿y si quisiéramos crear una bacteria del tamaño de una ballena azul

y tuviéramos una máquina de ampliación muy conveniente?

Lamentablemente, la ley del cubo cuadrado nos arruinaría.

En pocas palabras, significa que si haces algo diez veces más grande,

su exterior o superficie aumentaría en 100, pero su interior, o volumen, aumentaría 1000 veces.

Si comparamos la bacteria Pseudomonas aeruginosa con una ballena azul,

vemos que la bacteria tiene 10.000.000 de veces más superficie en relación a su volumen que la ballena.

La bacteria tiene muchas partes externas, mientras que la ballena tiene muchas partes internas.

Si hacemos una bacteria del tamaño de una ballena, nuestra bacteria gigante ahora tiene demasiado interior

y la mayor parte de su interior está ahora muy lejos de su superficie.

El oxígeno que necesita nuestra bacteria nunca llegaría al interior antes de quedarse sin oxígeno.

Nuestra bacteria gigante simplemente moriría. Aún así, ser más grande tiene muchas ventajas.

De ser más difícil de comer a hacer que sea más fácil comer a los demás.

Pero el tamaño de las células está limitado por la distancia que el oxígeno y los nutrientes pueden difundirse eficazmente

para proporcionar al interior suficientes recursos.

Así que la vida evitó este problema formando estructuras multicelulares:

seres compuestos de muchas células en lugar de una.

Porque la difusión funciona mejor si tiene muchas unidades pequeñas en lugar de una mucho más grande.

Con el tiempo los compañeros de celda comenzaron a compartir trabajo y especializarse.

Algunas células se concentraron en sentir el medio ambiente, otras en la digestión, otras en el movimiento.

Pero eso todavía no fue suficiente.

El problema de la difusión y la producción superficial y de energía se mantuvo,

limitando el tamaño que podían alcanzar estas primeras formas de vida multicelulares.

Entonces, para volverse aún más grande, la

vida resolvió el problema de la difusión al tener agujeros y cuevas y túneles y plegándose sobre sí misma,

para que la difusión pudiera ocurrir fácilmente en cada una de las células.

Tómate a ti mismo: Lo que consideras tu exterior, tu piel, tiene una superficie de unos 2 metros cuadrados.

Pero sus pulmones tienen una superficie de unos 70 metros cuadrados.

No son como globos, son más como esponjas llenas de muchos globos pequeños apretados,

rodeados de vasos sanguíneos.

Cuando inhalas, todos estos pequeños globos se llenan de aire fresco.

La sangre llena de CO2 se bombea alrededor de los globos.

Y luego ocurre la magia de la difusión.

El oxígeno se difunde en la sangre, donde es recogido por los glóbulos rojos.

Y el CO2 se difunde fuera de la sangre hacia los pulmones, donde se puede exhalar nuevamente.

Luego, su sangre transporta sangre rica en oxígeno a los rincones más lejanos de su cuerpo

y recoge los desechos de CO2.

La difusión en el cuerpo es efectiva aproximadamente a un milímetro,

por lo que cada célula de su cuerpo está como máximo a un milímetro de distancia de un vaso sanguíneo.

Así que los animales de tamaño mediano como tú necesitan muchos vasos sanguíneos para llegar a todas las células del cuerpo.

Su cuerpo tiene alrededor de 100.000 kilómetros de capilares solamente,

el más pequeño de sus vasos sanguíneos, con una superficie de alrededor de 1000 metros cuadrados.

Esto es cierto para todas las partes de ti que desean intercambiar algo con el mundo exterior.

Su cuerpo necesita superficies para absorber los nutrientes de su comida,

por lo que su intestino tiene la superficie de media cancha de bádminton, aproximadamente 40 metros cuadrados.

Cuanto más grande seas, más superficies ocultas necesitarás.

Toma un árbol. Su forma de mantenerse con vida es crear azúcar a partir del aire y la luz solar.

Por lo que necesita la mayor superficie posible.

Un naranjo de dos mil hojas tiene una superficie foliar de 200 metros cuadrados.

Pero la superficie dentro de las hojas donde realmente ocurre la difusión es de 6000 metros cuadrados.

Lo mismo ocurre con las raíces, donde el agua se difunde del suelo en innumerables pelos diminutos que

maximizan la superficie.

¡Las raíces de un metro cuadrado de césped suman alrededor de 350 metros cuadrados de superficie!

Si miramos la impresionante diversidad de vida en este planeta, parece que todo es bastante diferente.

Y es.

Pero algunos principios básicos son los mismos para todos y no han cambiado significativamente durante miles de millones de años,

si nos fijamos en lo muy muy pequeño o lo muy muy grande: los

desechos salen y entra combustible fresco. Los animales grandes solo necesitan una gran cantidad de complejos fontanería para hacerlo posible.

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