Guida Pedante alla Fisiologia dei Giganti

(Questo articolo è reso possibile dal contributo di Djurdja Makanjic, esperta in biologia)

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Credits: Sabrina Normani – ScissorsRunner.

Colossi. Titani. Ciclopi. I racconti epici, mitologici e fantasy sono ricchi di razze umanoidi dalle dimensioni enormi, che mettono in ombra (letteralmente) i normali esseri umani. Sebbene questi esseri di stazza superiore alla specie umana siano innegabilmente dei grandi (si perdoni il gioco di parole) classici della letteratura fantastica, dal punto di vista biologico ci sono dei problemi con la loro fisiologia.

Infatti, ad uno scrutinio più accurato, si può notare che a differenza delle razze di taglia più contenuta, queste creature così massicce sembrano sfidare le leggi della biologia e della fisica, torreggiando ben oltre quanto normalmente possibile in natura per le loro proporzioni. Dopotutto, secondo recenti studi, l’uomo come specie ha già raggiunto il limite di taglia che la sua fisiologia consente, pertanto l’esistenza di esseri con un corpo simile ma un’altezza svariate volte maggiore sarebbe letteralmente impossibile.

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Ma allora, come dovrebbero essere dei giganti “realisitici”? Quale sarebbero le loro caratteristiche fisiche? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo prima di tutto decidere come approcciare il problema. Definiamo innanzitutto cosa per noi sia un “gigante”. La definizione che proponiamo è quella di una creatura umanoide, o per lo meno imparentata agli umani, ma la cui taglia è sensibilmente maggiore di quella massima consentita alla fisiologia umana. Il nostro vincolo principale sarà dunque quella di “creare” una creatura gigantesca, partendo dal “template” umano. Per fare ciò possiamo usare due metodi: il primo, dato che umani “moderni” e giganti normalmente sono considerati come contemporanei, è partire da un antenato comune e far evolvere le due specie tramite rami differenti, muovendo il ramo dei giganti verso il vincolo che ci siamo prefissi; la seconda opzione è quella di far evolvere i giganti partendo proprio dall’Homo sapiens sapiens in una maniera molto simile. Nel nostro caso, scegliamo questa seconda opzione, in modo da avere un legame più diretto tra i giganti fatti e finiti e la fisiologia umana di riferimento.

Nota Bene: Se questo articolo stuzzica la vostra curiosità, con ogni probabilità vi piacerà l’analisi dell’evoluzione di elfi e nani in quest’altro presso il sempre ottimo blog Eduplay, del carissimo Prof. Marrelli!

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Robert Wadlow fu l’uomo più alto mai vissuto, superando i 2.7 m.

Lavorare ab initio sulle cause della crescita di tali creature sarebbe un’opera immane, e molto probabilmente troppo generica e dipendente dalle condizioni ambientali per avere una risposta precisa, quindi per amor di semplicità ci accontenteremo di assumere che per qualche ragione ci sia come fattore vincolante un graduale aumento della taglia delle dimensioni del corpo, e definiremo sulla base di questo i cambiamenti che ciò comporterebbe sulla struttura corporea. In particolare, come variabile “indipendente”, ovvero il parametro chiave soggetto al vincolo, che sarà dunque variato gradualmente per indurre la trasformazione del resto del corpo, scegliamo la lunghezza della spina dorsale anziché la semplice altezza, per una serie di fattori che vedremo a breve. Inoltre, dato che è difficile dare delle stime quantitative senza tirare in ballo un bel po’ di concetti di biologia, ingegneria e medicina (e per non annoiare il lettore con pagine di conti), ci limiteremo qui a dare delle stime molto approssimative e a dare una descrizione più che altro qualitativa del risultato atteso.

Il problema principale che ci accingiamo ad affrontare facendo crescere sensibilmente il corpo del nostro proto-gigante, è quello del ridimensionamento, o scaling, ovvero: lunghezze, superfici e volumi non scalano allo stesso rapporto. Se prendiamo un cubo e ne raddoppiamo la lunghezza del lato, la sua superficie non raddoppia, ma quadruplica, ed il suo volume viene addirittura moltiplicato otto volte. Questo può essere disastroso per un organismo vivente, in quanto gioca un ruolo determinante su  quattro fattori importanti. Vediamoli uno ad uno, e come gestirli.

1. Dispersione del calore
Il primo effetto che possiamo vedere è che, dato che la massa è direttamente proporzionale al volume, quando il volume aumenta il rapporto tra la superficie e la massa corporea della creatura va via via riducendosi. Questo ha come effetto una minore dispersione del calore generato dai muscoli, il che non è necessariamente un problema, ma può esserlo: mentre questo può ridurre il problema di mantenere una temperatura corporea relativamente elevata come quella dei mammiferi, può anche causare più facilmente problemi legati al surriscaldamento ed alla pressione sanguigna. Nel caso questo si rivelasse un problema tuttavia, possiamo trovare una soluzione alternativa che viene da grandi animali quali gli elefanti o, in passato, dinosauri come lo stegosauro. Questo genere di animali possiede parti del corpo estese ma poco voluminose (le orecchie per l’elefante, le placche dorsali per lo stegosauro) e ricche di vasi sanguigni, che creano una superficie addizionale utile a favorire lo scambio di calore con l’esterno, dei veri e propri dissipatori biologici.

2. Respirazione.
Allo stesso modo, l’aumento smisurato della massa corporea richiede un sistema respiratorio più esteso, in quanto anche la superficie polmonare risente del problema dello scaling, per cui l’unico modo di non morire soffocato per il nostro gigante è quello di sviluppare i propri polmoni molto di più rispetto a quella degli altri organi, in modo da avere una superficie totale abbastanza estesa da coprirne il fabbisogno d’ossigeno. Questo risulterà probabilmente in una cassa toracica via via proporzionalmente più ampia.

3. Digestione.
Anche l’apparato digerente è affetto da questo problema, in quanto la superficie coperta dai villi intestinali deve essere proporzionata all’apporto di nutrienti necessario a far funzionare i processi biologici della creatura, dare energia ai suoi muscoli eccetera. Pertanto, anche il ventre del nostro proto-gigante dovrà svilupparsi più rapidamente per far posto ad un intestino relativamente più lungo rispetto a quello di un umano.

4. Integrità strutturale.
Infine, ma non ultimo, è il problema dell’integrità strutturale del corpo stesso: per far fronte all’aumento di peso, gli arti ed in genere tutte le ossa della creatura devono avere il giusto spessore. Onde evitare che la pressione dovuta alla semplice spinta gravitazionale su una massa che aumenta cubicamente spezzi letteralmente le ossa del gigante, le sezioni delle sue ossa e dei suoi muscoli dovranno aumentare ad un ritmo più rapido, in quanto anche esse soggette ad una crescita quadratica, come le superfici corporee. Ne deriva che le parti del corpo del gigante, ed in particolar modo i suoi arti, avranno un aspetto molto più tozzo e robusto rispetto a quelli di un umano.

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Illustrazione dei “giganti” del regno animale.

A queste osservazioni se ne possono aggiungere altre tre: in primo luogo, per ridurre la massa corporea totale del nostro gigante, possiamo evitare di scalare allo stesso modo parti del corpo che possono essere funzionali anche senza allungarsi o ingrandirsi alla stessa maniera del resto: ad esempio, la testa del gigante potrebbe restare relativamente piccola e la creatura sarebbe ancora perfettamente funzionale (seppur forse non proprio intelligentissima, data la porzione di superficie cerebrale che dovrebbe essere dedicata alle funzioni fisiche, togliendo “spazio” a funzioni mentali più complesse), e le gambe potrebbero allungarsi più lentamente della spina dorsale, pur permettendone la locomozione (e dopotutto, al di là di una certa taglia, non c’è davvero alcun predatore da cui sia necessario fuggire).

joseph-qiu-chromacon-2017-flatIn secondo luogo, oltre una certa dimensione, per ridurre il peso sostenuto dagli arti, un’opzione più che valida è sicuramente quello di distribuirlo su quattro anziché due, rendendo perciò il gigante quadrupede, o per lo meno facendo in modo che la sua locomozione faccia uso di entrambe le paia d’arti di cui dispone, anziché mantenere l’andatura bipede degli umani.

Ed infine, il cuore del gigante dovrà essere piuttosto grande (sempre in proporzione) in quanto gli sarà necessaria più forza per pompare sangue lungo una miriade di vasi sanguingi e capillari luonghi anche svariati metri in verticale, il che a sua volta va ad aumentare ulteriormente l’ampiezza toracica necessaria.

Ora che abbiamo definito tutti gli elementi principali, possiamo cominciare a pensare a dar forma al nostro gigante. Come ultimo dettaglio, aggiungiamo che a causa dei vari problemi introdotti dallo scaling, ci sarà un limite massimo alla taglia della nostra creatura, e indicativamente sarà, in termini di massa, (se consideriamo un mondo analogo al pianeta su cui viviamo) la taglia del più grande mammifero terrestre mai vissuto di cui abbiamo testimonianza, ovvero il Paraceratherium, quindi non oltre le 20 tonnellate.

Ora, nella letteratura fantasy esistono vari tipi di giganti di dimensioni anche parecchio diverse fra loro: pertanto, possiamo cominciare a far crescere il nostro esemplare da una taglia relativamente ridotta e scegliere vari stadi evolutivi come possibili tipi diversi di definizione di un “gigante”. In particolare, qui ne identificheremo tre che differiscono sostanzialmente e permettono di visualizzare i cambiamenti che avvengono via via nella fisiologia della creatura.

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Rappresentazione dell’evoluzione del gigante: 1. Umano; 2. “Il Troll”; 3. “L’Ogre”; 4. “Lo Jötunn”.

Stadio A: “il Troll”.
Sappiamo che esseri umani di taglia eccezionale esistono e possono non solamente vivere una vita perfettamente sana, ma addirittura essere atleti professionisti e sportivi d’eccellenza (si pensi alla pallacanestro), superando sensibilmente i due metri. Per cui, per arrivare ad una creatura che potremmo definire “altra” da un semplice umano molto alto, dobbiamo considerare che questa abbia una taglia media superiore ai due metri. La sua colonna vertebrale dovrebbe essere dunque ben più lunga dei 71 centimetri dell’umano (maschio) medio, raggiungendo piuttosto una lunghezza superiore ai 90 cm. Dunque, le creature con una lunghezza della spina dorsale indicativamente attorno al metro o poco più, saranno il nostro primo tipo di gigante: queste creature, in quanto non eccessivamente più grandi di un uomo, potrebbero essere ancora bipedi, ma avranno gambe relativamente corte e tozze, e braccia molto lunghe in proporzione, che probabilmente userebbero per “correre” più agilmente a quattro zampe, un po’ come delle grosse scimmie. Il loro torace sarebbe ampio ed il ventre più pronunciato, dandogli un aspetto da “sovrappeso”, ma a parte questo avrebbero ancora un aspetto vagamente umanoide. A seconda del clima, potrebbe non essergli sarebbe ancora necessario sviluppare un meccanismo di dissipazione di calore, ma potrebbero cominciare a mostrare i segni dell’evoluzione di simili appendici.

Stadio B: “l’Ogre”.
Superato lo stadio più semplice, arriviamo alla seconda forma distinta dell’evoluzione. A questo punto, diciamo per una colonna vertebrale che da sola superi il metro e mezzo di lunghezza, cominciamo a vedere modifiche più importanti nella fisiologia della creatura. Le gambe iniziano ad essere molto corte in proporzione al resto del corpo, ed il bacino si inclina in avanti, adattandosi ad un’andatura principalmente quadrupede. Il petto si sviluppa molto, sia per far spazio a polmoni più voluminosi che per potenziare i muscoli che controllano gli arti anteriori. La schiena si ricurva di più; le spalle si allargano e la loro posizione comincia ad abbassarsi, in modo da non necessitare ulteriore lunghezza (e quindi massa) nelle braccia. La creatura scarica ora parte del peso sulle nocche, in una postura molto simile a quella di un gorilla, pur essendo ancora in grado di reggersi goffamente su due piedi se necessario. L’attaccatura del cranio si inclina ad un angolo, in accordo con l’orientazione deldorso, ed il collo inizia ad accorciarsi per sorreggere meglio la testa. Il capo del gigante si ingrandisce a sua volta, ma ora inizia ad essere visibilmente piccolo rispetto alla stazza del corpo. Il mento probabilmente inizia a ridursi, in quanto la mascella non deve più accomodare così largamente vertebre e laringe, e le appendici di dissipazione del calore fanno la loro comparsa vera e propria.

Stadio C: “lo Jötunn”.
Una volta che la colonna vertebrale supera i due metri e mezzo di lunghezza, la postura bipede non è più sostenibile in alcun modo: gli arti anteriori rallentano la propria crescita e quelli posteriori la accelarano, permettendo di suddividere meglio il peso dell’intero corpo tra i quattro, e facendo inclinare il bacino all’incirca ad angolo retto. Ora, il gigante è una creatura puramente quadrupede, e le nocche si fondono a formare un callo osseo più solido. Soltanto le ultime falangi, forse, resterebbero funzionali, permettendo la presa in maniera molto più limitata, ma favorendo la locomozione a quattro zampe. L’attaccatura delle vertebre cervicali termina di migrare il più indietro possibile, deformando il cranio per accomodarla, e probabilmente eliminando in gran parte quel che rimaneva del mento. La testa, enorme rispetto a quella umana ma proporzionalmente piccola per il corpo del gigante, è sostenuta da un collo piuttsoto tozzo e robusto, ed i suoi movimenti sono più limitati. L’apparato dissipatorio si sviluppa molto di più ed il ventre si gonfia ulteriormente, mentre i muscoli addominali perdono alcune funzionalità, non richiedendo più movimenti ampi dell’intero busto quanto negli stadi precedenti. In generale, quindi la creatura arriva ad un aspetto più simile a quello di un pachiderma.

C’è un altro stadio a cui si potrebbe arrivare, ma richiede condizioni particolari ed un percorso evolutivo ben differente. Come abbiamo visto, una delle limitazioni maggiori alla taglia degli animali è data dalla mera gravità terrestre. C’è però un ambiente in cui l’effetto della spinta gravitazionale è fortemente mitigato, controbilanciato dalla spinta di Archimede: l’ambiente acquatico. Dopotutto, il mammifero più grande sulla faccia della terra, è la balenottera azzurra.

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Bonus: il Leviatano.
In assenza delle limitazioni date dalla gravità, il corpo del nostro gigante può crescere a dismisura. In compenso, però, adattamenti all’ambiente acquatico saranno estremamente necessari, a cominciare dall’apparato respiratorio, per cui i polmoni dovranno diventare molto voluminosi, in grado di contenere grandi quantità d’aria che permettano di sopravvivere in apnea per lunghi periodi di tempo. Questo, in congiunzione ai muscoli necessari a nuotare efficacemente, renderà la parte anteriore del corpo del gigante molto sviluppata. Il naso si sposterà verso la cima della testa, similmente allo sfiatatoio dei cetacei,  la testa si allungherà e le spalle si incasseranno nel torace, mentre il collo aumenterà di volume, per mantenere saldo il cranio contro la resistenza dell’acqua e rendere la forma della creatura più idrodinamica. La parte bassa del torso si accorcerà (in proporzione), e così faranno anche gli arti. Mani e piedi, diventeranno palmati, dando al gigante l’aspetto di un’enorme lontra; oppure, si specializzeranno a tal punto da diventare vere e proprie pinne – e non è da escludersi che le gambe si fondano con il dorso a formare una coda analoga a quella dei sirenidi, trasformandolo in una specie di enorme dugongo.

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