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Dentro e fora, dentro e fora.

Ficar vivo é fazer coisas. Neste exato segundo, suas células estão queimando moléculas de glicose com oxigênio

para disponibilizar energia, o que o mantém vivo por mais um momento precioso.

Para levar oxigênio às células, você está respirando.

Respirar é a resposta para um problema muito difícil: como você obtém os recursos de que suas células precisam para sobreviver,

de fora para dentro de suas células? Cada ser vivo tem que resolver esse problema

e a solução é surpreendentemente diferente dependendo de um dos reguladores mais importantes da vida: o

tamanho.

Como já discutimos em outros vídeos:

Em escalas diferentes, as leis físicas do universo têm consequências diferentes para seus habitantes.

Coisas simples como temperatura, microgravidade ou tensão superficial podem não importar para você ou ser um perigo mortal

• dependendo de quão grande você é.

Os seres vivos precisam de muitos materiais diferentes para se manterem funcionando.

E eles de alguma forma precisam transportá-los de fora para dentro.

Este foi um grande problema para as primeiras coisas que estavam prestes a estar vivas, porque fazer qualquer coisa em nosso universo requer energia.

E os primeiros seres vivos na Terra não tinham a abundância de ferramentas e técnicas disponíveis

que a vida tem hoje, após bilhões de anos de evolução.

Portanto, no início, a vida precisava encontrar uma maneira de colocar as coisas boas dentro

e as ruins fora de si mesma, sem usar energia.

Felizmente, as primeiras formas de vida foram muito, muito pequenas.

E por serem tão pequenos, podiam usar um meio de transporte gratuito

que se baseava em uma lei da física chamada difusão.

A difusão é a regra do universo segundo a qual as moléculas, especialmente em líquidos ou gases,

estão em constante movimento em todas as direções.

E porque eles se movem e se chocam entre si e com outras moléculas, eles tendem a se espalhar.

Por exemplo, se você colocar um cubo de açúcar na água, então há muito açúcar em um lugar

e em outro não há.

Conforme as moléculas de açúcar se dissolvem na água, elas começam a bater aleatoriamente nas moléculas de água

e em outras moléculas de açúcar.

Lentamente, todas as moléculas de açúcar se espalharão e formarão várias fases de diferentes concentrações.

Esses movimentos aleatórios continuam indefinidamente, até que em algum momento o açúcar se espalhe

uniformemente na água.

O bom da difusão é que a vida pode usá-la gratuitamente, não requer energia.

E a vida adora coisas gratuitas. Portanto, toda a vida na Terra depende da difusão.

Vejamos o menor ser vivo da Terra, uma bactéria. Especificamente em suas superfícies.

As membranas celulares permitem a difusão de certas moléculas.

Essa bactéria específica consome oxigênio para viver, enquanto o dióxido de carbono é produzido internamente,

como um produto residual.

Portanto, dentro da bactéria não há muito oxigênio, mas muito dióxido de carbono.

Por causa da difusão, essas moléculas irão eventualmente se espalhar uniformemente, então o dióxido de carbono se difunde,

enquanto o oxigênio é constantemente reabastecido de fora.

Mas esse tipo de “respiração” só funciona para o mundo muito pequeno.

Para bactérias, amebas ou células e alguns animais muito pequenos.

Os insetos, por exemplo, têm uma fina rede de traqueia, túneis com gradiente de pressão,

onde o ar muito lentamente pode se difundir e trocar gases com as células do inseto.

Mas até mesmo os insetos parecem ser capazes de contrair sua traqueia

e pelo menos alguns até têm órgãos respiratórios especializados, como espiráculos e sacos de ar.

Em certas escalas, a difusão é muito lenta para manter as células vivas.

O problema fundamental é que a troca com o meio ambiente só pode acontecer na superfície

e a difusão dos materiais só pode sustentar uma certa quantidade de dentro.

Minúsculos seres vivos têm apenas um pouco de dentro, ou volume, e muito de fora,

ou área de superfície.

Mas e se quiséssemos criar uma bacteriuma do tamanho de uma baleia azul

e tivéssemos uma máquina de ampliação muito conveniente?

Estaríamos tristemente confusos com a lei do cubo quadrado.

Resumindo, significa que se você fizer algo dez vezes maior,

seu lado externo, ou superfície, aumentará 100 vezes, mas seu lado interno ou o volume aumentará 1000 vezes.

Se compararmos a bactéria Pseudomonas aeruginosa com uma baleia azul,

vemos que a bactéria tem 10.000.000 de vezes mais superfície em relação ao seu volume do que a baleia.

A bactéria tem muitas partes externas, enquanto a baleia tem muitas partes internas.

Se fizermos uma bactéria do tamanho de uma baleia - nossa bactéria gigante agora tem muito interior

e a maior parte de seu interior está agora muito longe de sua superfície.

O oxigênio de que nossa bactéria precisa nunca alcançaria o interior antes de ficar sem oxigênio.

Nossa bactéria gigante simplesmente morreria. Ainda assim, ser maior tem muitas vantagens.

De ser mais difícil de ser comido a tornar mais fácil comer os outros.

Mas o tamanho das células é limitado pela distância que o oxigênio e os nutrientes podem efetivamente se difundir

para fornecer recursos suficientes para o interior.

Portanto, a vida evitou esse problema formando estruturas multicelulares -

seres compostos de muitas células em vez de uma.

Porque a difusão funciona melhor se você tiver muitas unidades pequenas em vez de uma muito maior.

Com o tempo, os companheiros de célula começaram a compartilhar o trabalho e a se especializar.

Algumas células se concentraram em sentir o ambiente, outras na digestão, outras no movimento.

Mas isso ainda não foi suficiente.

O problema de difusão e produção de superfície e energia permaneceu,

limitando o tamanho que essas primeiras formas multicelulares de vida poderiam atingir.

Então, para se tornar ainda maior - a

vida resolveu o problema da difusão tendo buracos e cavernas e túneis e dobrando-se sobre si mesma, de

forma que a difusão pudesse acontecer facilmente em cada uma das células.

Considere-se: o que você considera seu exterior, sua pele, tem uma área de superfície de cerca de 2 metros quadrados.

Mas seus pulmões têm uma área de superfície de cerca de 70 metros quadrados.

Eles não são como balões, são mais como esponjas cheias de muitos balões minúsculos bem apertados,

rodeados por vasos sanguíneos.

Quando você inspira, todos esses pequenos balões se enchem de ar fresco.

O sangue cheio de CO2 é bombeado ao redor dos balões.

E então a mágica da difusão acontece.

O oxigênio se difunde para o sangue, onde é captado pelos glóbulos vermelhos.

E o CO2 se difunde do sangue para os pulmões, onde pode ser expirado novamente.

Seu sangue então carrega sangue rico em oxigênio para os cantos mais distantes do seu corpo

e coleta os resíduos de CO2.

A difusão no corpo é eficaz em cerca de um milímetro,

então cada célula do seu corpo está no máximo a um milímetro de distância de um vaso sanguíneo.

Animais de tamanho médio, como você, precisam de muitos vasos sanguíneos para alcançar todas as células do corpo.

Seu corpo tem cerca de 100.000 quilômetros de capilares,

o menor dos seus vasos sanguíneos, com uma área de superfície de cerca de 1.000 metros quadrados.

Isso é verdade para todas as partes de você que desejam trocar algo com o mundo exterior.

Seu corpo precisa de superfícies para absorver os nutrientes dos alimentos,

então seu intestino tem a superfície de uma meia quadra de badminton, cerca de 40 metros quadrados.

Quanto maior você for, mais superfícies ocultas serão necessárias.

Pegue uma árvore. Sua maneira de permanecer vivo é criar açúcar a partir do ar e da luz solar.

Portanto, ele precisa do máximo de área de superfície possível.

Uma laranjeira com duas mil folhas tem uma superfície foliar de 200 metros quadrados.

Mas a superfície dentro das folhas onde a difusão realmente ocorre é de 6.000 metros quadrados.

O mesmo com as raízes, onde a água se difunde do solo em inúmeros fios de cabelo minúsculos que

maximizam a área de superfície.

As raízes de um metro quadrado de grama somam cerca de 350 metros quadrados de superfície!

Se olharmos para a incrível diversidade de vida neste planeta, parece que tudo é muito diferente.

E é isso mesmo.

Mas alguns princípios básicos são os mesmos para todos e não mudaram significativamente por bilhões de anos,

se olharmos para o muito pequeno ou o muito grande: O

lixo sai e o combustível novo entra. Animais grandes só precisam de muito complexo encanamento para torná-lo possível.

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