E4 Custo Energético da Natação (COT)

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O custo de transporte quantifica a energia metabólica que um peixe deve despender para mover uma unidade de sua própria massa por uma unidade de distância, e é o principal indicador termodinâmico da eficiência com que o peixe se move. Ao contrário dos mamíferos terrestres, nos quais o custo de transporte inclui o trabalho realizado contra a gravidade, nos peixes o custo de transporte reflete principalmente o trabalho que o peixe realiza contra o arrasto hidrodinâmico e as perdas de energia que ocorrem na geração do rastro propulsor descrito em um modelo anterior desta coleção.

O modelo físico de Tucker descreve esse custo de transporte como a soma de dois termos: o metabolismo basal do peixe, que é independente da velocidade de natação, e um termo de potência mecânica que cresce com o cubo dessa velocidade. Esse segundo termo cresce tão rapidamente porque a potência que o peixe despende contra o arrasto é o produto da força de arrasto pela velocidade de natação, e como essa mesma força de arrasto já cresce com o quadrado da velocidade, o produto de ambas — força e velocidade — acaba crescendo com o cubo da velocidade de natação.

Dividindo essa potência total pela velocidade de natação para obter o custo de transporte por unidade de distância percorrida, revela-se um mínimo na curva resultante, que define a velocidade de cruzeiro ideal do peixe: geometricamente, essa velocidade ideal é o ponto em que uma linha reta traçada a partir da origem é tangente à curva de potência total. Em velocidades inferiores a essa velocidade ideal, o custo de transporte é dominado pelo metabolismo basal, que permanece constante enquanto a distância percorrida por unidade de tempo for pequena; em velocidades mais altas, no entanto, o arrasto domina, e seu crescimento quadrático com a velocidade acaba por superar o metabolismo basal constante. Além disso, o custo de transporte varia com a massa corporal do peixe de acordo com uma lei de potência: peixes maiores têm um custo de transporte específico menor, ou seja, um custo menor por unidade de massa, do que peixes menores, e essa vantagem energética é precisamente o que permite que espécies maiores sustentem migrações de longa distância.

A eficiência geral do sistema que converte energia química em natação — o produto da eficiência com que o músculo do peixe converte sua energia química em trabalho mecânico e a eficiência propulsiva hidrodinâmica descrita no modelo de propulsão por vórtice desta coleção — determina, em última análise, qual fração da energia química armazenada no trifosfato de adenosina do músculo é convertida em trabalho propulsivo útil, em vez de ser perdida como calor ou como energia cinética depositada na esteira.

O comportamento esperado é que o custo de transporte atinja seu valor mínimo, a velocidade de cruzeiro ideal introduzida anteriormente, em torno de metade a um comprimento corporal por segundo, com valores típicos de custo de transporte entre um décimo e cinco joules por quilograma de massa deslocada e por metro percorrido, dependendo da espécie de peixe e da temperatura da água.

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