E10 Flutuabilidade e bexiga natatória

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A flutuabilidade é o controle da força vertical resultante que um peixe experimenta em um fluido, sendo fundamental para que ele mantenha sua posição na coluna d'água com o mínimo gasto de energia possível. O princípio de Arquimedes afirma que qualquer corpo submerso experimenta uma força de empuxo ascendente igual ao peso do fluido que desloca. Para que um peixe tenha flutuabilidade neutra — ou seja, para que a força vertical resultante sobre seu corpo seja zero — ele deve ajustar sua densidade média para corresponder à densidade da água circundante, densidade essa que varia de acordo com a temperatura, a salinidade e a profundidade.

A bexiga natatória é o órgão que permite ao peixe realizar esse ajuste de densidade média: trata-se de uma câmara de gás, composta principalmente de oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio, cujo volume o peixe controla bombeando gás para dentro ou absorvendo-o para fora através de duas estruturas: a rete mirabile e a glândula de gás.

O volume de gás dentro da bexiga natatória obedece à Lei de Boyle, que afirma que, a uma temperatura constante, o volume de um gás é inversamente proporcional à pressão que o comprime. À medida que o peixe desce, a pressão hidrostática exercida pela água sobre seu corpo aumenta, pois essa pressão depende da densidade da água, da gravidade e da própria profundidade. Esse aumento de pressão comprime o gás dentro da bexiga natatória, fazendo com que ela se contraia e reduzindo a força de flutuação que atua sobre o peixe, tornando-o mais denso que a água ao seu redor.

Para recuperar a flutuabilidade neutra perdida devido a essa compressão, o peixe precisa secretar mais gás na bexiga natatória, um processo que consome energia metabólica adicional.

O tempo que a bexiga natatória leva para responder a uma mudança de profundidade, limitado pela rapidez com que a rede mirabile consegue secretar gás para dentro da bexiga, é precisamente o fator biológico que determina a velocidade com que o peixe pode subir ou descer com segurança sem perder sua flutuabilidade.

Nem todos os peixes ajustam o volume da bexiga natatória da mesma maneira: os peixes fisóstomos, cuja bexiga natatória permanece conectada ao esôfago, podem ajustar esse volume engolindo ou arrotando gases diretamente, enquanto os peixes fisoclistos, cuja bexiga natatória não possui essa conexão, dependem exclusivamente da rete mirabile para realizar o mesmo ajuste.

O comportamento esperado é que mesmo um pequeno erro de flutuabilidade, de apenas entre dois e cinco por cento do peso do peixe, o force a exercer um esforço muscular contínuo para manter sua posição vertical na água, com um custo metabólico que aumenta com o quadrado desse desequilíbrio de flutuabilidade. Assim, qualquer desvio da condição de flutuabilidade neutra introduzida no início deste modelo acaba impondo ao peixe um gasto de energia que aumenta muito mais rapidamente do que o próprio desvio.

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