lunes, 14 de octubre de 2013

Comprendiendo la evolución de los pulmones a través de los principios físicos

Dos físicos franceses sugieren en un estudio publicado recientemente cómo la evolución ha modelado nuestros pulmones a través de sucesivas optimizaciones de los parámetros físicos tales como la conservación de la energía y la velocidad de expiración.

Nuestro sistema respiratorio consta de un árbol bronquial diseñado para transportar aire a través de los pulmones combinado con un sistema alveolar diseñado para capturar el óxigen. Ambos están sujetos a diferentes tipos de optimizaciones. Solo las estructura en forma de árbol, según muestra el estudio, son capaces de abastecer eficientemente a los órganos que no sean de pequeño tamaño, por debajo del cual los órganos se alimentan exclusivamente por difusión. Específicamente, los autores muestran primero que la pérdida de energía de fluidos durante el transporte está minimizada en una estructura en forma de árbol de dimensión fractal 3.

Segundo, los investigadores indican que este árbol optimizado es también un relleno de espacio para optimizar la proximidad al alvéolo activos. Tercero, muestran que un sistema diseñado para reducir el tiempo consumido en transportar fluidos a través de un órgano tiene la misma optimización fractal.

Desde una perspectiva evolutiva, el tamaño de las primitivas especies multicelulares fue necesariamente limitado por la velocidad de difusión de los nutrientes. Una hipótesis defendida en este estudio es que los animales primitivos más grandes han estado por tanto condicionados por una progresiva selección darwiniana de sistemas de distribución de nutrientes "rellenadores de espacio" en forma de árbol. A continuación, sus material genético estaba listo para ser compartid y permitir la respiración de los mamíferos.

Sucesivos ciclos de inspiraciones y expiraciones tuvieron que ser optimizados de manera que el aire externo pudiese llegar a los alveolos antes de que la expiración comenzase. Esta forma de bricolage evolutivo, habría permitido que emergiese la respiración de los mamíferos, en oposición a la respiración de los peces mediante branquias.

De manera similar, el estudio muestra que la estructura del sistema alveolar está de hecho optimizada para permitir el transporte eficiente de oxígeno del aire a la sangre. Esta nueva visión del proceso evolutivo de ls pulmones deriva de los principios físicos subyacentes a la arquitectura de los sistemas vivos.

Via Springer

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