Fizica si viata (Introducere in Zoofizica) - Curs -

Facultatea de Fizica Cabinet F105a (etaj I) e-mail: adrian.neculae@e-uvt.ro neculae@physics.uvt.ro

Structura cursului: 1: Viata:Informatie, materie, energie Structura cursului: 1: Viata:Informatie, materie, energie. 2: Energia si temperatura. 3: Forma si forte. 4: Fluide in corp. 5: Animale in miscare. 6: Lumina. Informatie. 7. Sunetul. 8. Electronica corpului. Simturi magnetice.

BIBLIOGRAFIE: 1. B.K. Ahlborn: Zoological Physics, Springer, 2004 2. P. Davidovitz: Physics in Biology and Medicine, Harcourt Academic Press, 2001 3. E. Pflegl Nichols: Physics for Scientists and Engineers, Worth, 1991 4. T.D. Rossing: The science of sound, Addison Wesley, New York, 1990 5. H. Schleich: Byophisics of Electroreception, Springer, 1992 6. F.M. White: Heat transfer, Addison Wesley, 1984 7. Handbook of Optics, 2-nd edition, 1995 8. Nature 9. Physics Today 10. Scientific American

Tema 1(Cursul 2): Energie. Rata metabolica. Alometrie A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) Tema 1(Cursul 2): Energie. Rata metabolica. Alometrie 1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice. 1.2 Alometrie. 1.3 Avantajele corpurilor mari.

A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) Corpurile sunt construite din Materie, iar Energia este “combustibilul” care conduce toate procesele vietii. Energia exista in multe forme, se poate muta de la un obiect la altul sau transforma, dar nu dispare niciodata! Legile care guverneaza transportul de energie si informatie guverneaza atat lumea inerta cat si organismele vii. Legile fizice care descriu transportul de caldura, substanta, statica, dinamica, etc. dicteaza atat oportunitatile cat si limitarile dezvoltarii vietuitoarelor; aceste legi sunt “exploatate” la maximum de vietuitoare (adaptabilitatea). Pentru a isi sustine metabolismul, vietuitoarele consuma energie: consumul de energie in unitatea de timp se numeste rata metabolica, se noteaza cu G, si se masoara in Watt (W).

1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice Exista o relatie analitica intre masa corpului si rata metabolica in repaus a vietuitoarelor! Functiile vitale (miscare, crestere, transportul nutrientilor si reziduurilor, al semnalelor nervoase, functionarea organelor senzoriale) necesita consum de energie si sunt sustinute de o marime numita caldura de reactie: DH = Dm x h J (Joule) unde Dm este masa de hrana consumata si h este caldura specifica de ardere.

1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice -2- A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice -2- Deoarece orice reactie necesita consum de oxigen, masurarea consumului de energie se poate face prin masurarea consumului de oxigen [1]:

A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice -3- Rata metabolica G pentru un animal se evalueaza masurand consumul de energie in unitatea de timp [1]: - Pentru animalele in miscare rata este mai mare cu un factor de 2 -15! Se pare ca mai mare este mai bine!

Omul consuma in medie zilnic 3000 kcal = 12540 kJ (1 cal = 4.18 J). A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.1 Determinarea empirica a ratei metabolice -4- Omul consuma in medie zilnic 3000 kcal = 12540 kJ (1 cal = 4.18 J). Aceasta reprezinta o putere medie zilnica de 145 W: o parte din aceasta putere mentine functiile corpului, o alta parte genereaza putere muschilor, circa 25% este consumata de creier! restul se disipa sub forma de caldura! omul poate efectua un efort de 80 W in mod continuu, sau de 200-1000 W in perioade scurte. Concluzie: Rata metabolica nu depinde liniar de masa corpului M! Functiile corpului care au o astfel de particularitate se numesc alometrice!

A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.2 Alometrie Functiile corpului care nu variaza liniar cu masa M se numesc in general alometrice. Obs.: Chiar si puterea emisa de stele are o astfel de forma [1]:

Parametri alometrici pentru mamifere (valori medii) [1]: A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.2 Alometrie -2- Parametri alometrici pentru mamifere (valori medii) [1]:

1.3 Avantajele corpurilor mari A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.3 Avantajele corpurilor mari Dimensiunea mare aduce un numar de avantaje pentru un animal: Pot inmagazina energie in tesutul gras pentru a supravietui perioadelor dificile Pierd mai greu energia, conservandu-si mai usor temperatura interna Isi pot tine respiratia mai mult timp (in scufundari, etc) deoarece oxigenul se stocheaza in tesuturi Se misca mai usor (pasi mai mari) pentru a gasi hrana Nu este cazul sa se teama de alte animale !

Pe de alta parte, exista si o serie de “dezavantaje”: A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.3 Avantajele corpurilor mari -2- Pe de alta parte, exista si o serie de “dezavantaje”: Necesitatea unui sistem osos care sa ofere rezistenta mecanica Hranirea necesita, pe langa difuzie, si un transport convectiv Limiteaza posibilitatea de zbor (doar pentru M < 10kg), ceea ce limiteaza viteza si posibilitatea de deplasare/migrare Exista tendinta generala a evolutiei in ultimii 200 milioane de ani de a inlocui marimea cu inteligenta [1]!

Animalele mari prezinta o serie de avantaje dar si cateva dezavantaje! A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) 1.3 Avantajele corpurilor mari -3- In concluzie: O gama foarte larga de caracteristici ale organismelor vii poate fi exprimata prin relatii alometrice! Animalele mari prezinta o serie de avantaje dar si cateva dezavantaje! Limitarile (superioare sau inferioare) pot fi explicate in mare parte prin legi si principii fizice.

Energia si temperatura A. Neculae: Fizica si viata (Curs complementar) Cursul urmator: Energia si temperatura