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Engineering Animals: How Life Works
The alarm calls of birds make them difficult for predators to locate, while the howl of wolves and the croak of bullfrogs are designed to carry across long distances. From an engineer's perspective, how do such specialized adaptations among living things really work? And how does physics constrain evolution, channeling it in particular directions?
Writing with wit and a richly informed sense of wonder, Denny and McFadzean offer an expert look at animals as works of engineering, each exquisitely adapted to a specific manner of survival, whether that means spinning webs or flying across continents or hunting in the dark-or writing books. This particular book, containing more than a hundred illustrations, conveys clearly, for engineers and nonengineers alike, the physical principles underlying animal structure and behavior.
Pigeons, for instance-when understood as marvels of engineering-are flying remote they have wideband acoustical receivers, hi-res optics, magnetic sensing, and celestial navigation. Albatrosses expend little energy while traveling across vast southern oceans, by exploiting a technique known to glider pilots as dynamic soaring. Among insects, one species of fly can locate the source of a sound precisely, even though the fly itself is much smaller than the wavelength of the sound it hears. And that big-brained, upright Great Ape? Evolution has equipped us to figure out an important fact about the natural that there is more to life than engineering, but no life at all without it.
Writing with wit and a richly informed sense of wonder, Denny and McFadzean offer an expert look at animals as works of engineering, each exquisitely adapted to a specific manner of survival, whether that means spinning webs or flying across continents or hunting in the dark-or writing books. This particular book, containing more than a hundred illustrations, conveys clearly, for engineers and nonengineers alike, the physical principles underlying animal structure and behavior.
Pigeons, for instance-when understood as marvels of engineering-are flying remote they have wideband acoustical receivers, hi-res optics, magnetic sensing, and celestial navigation. Albatrosses expend little energy while traveling across vast southern oceans, by exploiting a technique known to glider pilots as dynamic soaring. Among insects, one species of fly can locate the source of a sound precisely, even though the fly itself is much smaller than the wavelength of the sound it hears. And that big-brained, upright Great Ape? Evolution has equipped us to figure out an important fact about the natural that there is more to life than engineering, but no life at all without it.
400 pages, Hardcover
First published May 16, 2011
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About the author
Mark Denny
23 books13 followersStarted writing in 2005, after 20 years working for a living...In fact, writing is work, of course, but I mean that I like it a lot more than the 9-to-5 grind of my office job (research engineer for a multinational aerospace corporation).
Ingenium was my first book, and I guess it shows, but I still have a great fondness for it. I was approached out of the blue by the editor of Johns Hopkins University Press who had seen a bunch of my published papers on historically important machines--he thought they could form the basis of an interesting popular science book. So I wrote it; the reviews were kind. I've recently completed my tenth book.
Ingenium was my first book, and I guess it shows, but I still have a great fondness for it. I was approached out of the blue by the editor of Johns Hopkins University Press who had seen a bunch of my published papers on historically important machines--he thought they could form the basis of an interesting popular science book. So I wrote it; the reviews were kind. I've recently completed my tenth book.
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Displaying 1 - 8 of 8 reviews
August 3, 2017
Al di là degli aspetti affettivi, intellettivi e psicologici, gli animali possono essere visti come macchine chimico-fisiche. Questo libro ne tratta la parte fisica, con un lodevole approccio più scientifico che divulgativo. La presenza di formule (semplici) e diagrammi fa sì che l'opera sia apprezzata al meglio da chi possiede un livello di istruzione di una scuola superiore ad indirizzo scientifico. E' importante sottolineare che, in ogni caso, l'eventuale mancata comprensione di qualche passo non compromette affatto il piacere e l'emozione della lettura successiva. L'argomento è vastissimo, gli autori meritano un plauso per l'imponente ricerca bibliografica. Ovviamente in sole 300 pagine non si può pretendere una trattazione esaustiva, che oltretutto sarebbe stata noiosa o alla portata di pochi. La trattazione è concisa ma mai superficiale.
Perchè i gabbiani volano a pelo d'acqua? Perchè molti uccelli volano in formazione a V? Quali sono le capacità intellettive di uno scarafaggio? Come mai esistono insetti sociali? Perchè le lepri hanno le orecchie lunghe e ritte, ed i topi tonde? Come si orientano i migratori? Queste sono alcune delle tante domande cui viene data risposta. E non una risposta-tweet come in "lo sapevate che?", ma una risposta ragionata che scaturisce da una trattazione organica dell'argomento. La traduzione, che certamente ha comportato grandi difficoltà, è eccellente. Se siete curiosi riguardo al "funzionamento" dei nostri parenti più o meno prossimi, ed avete un minimo di cultura scientifica, non perdetevi questo libro.
Concludo con una citazione riguardo ai castori: il loro egoistico industriarsi provoca drastiche alterazioni dell’ambiente, esaurisce le risorse naturali, e se la densità di popolazione è eccessiva lascia un territorio incapace di sostentarli. Vi fischiano per caso le orecchie?
Perchè i gabbiani volano a pelo d'acqua? Perchè molti uccelli volano in formazione a V? Quali sono le capacità intellettive di uno scarafaggio? Come mai esistono insetti sociali? Perchè le lepri hanno le orecchie lunghe e ritte, ed i topi tonde? Come si orientano i migratori? Queste sono alcune delle tante domande cui viene data risposta. E non una risposta-tweet come in "lo sapevate che?", ma una risposta ragionata che scaturisce da una trattazione organica dell'argomento. La traduzione, che certamente ha comportato grandi difficoltà, è eccellente. Se siete curiosi riguardo al "funzionamento" dei nostri parenti più o meno prossimi, ed avete un minimo di cultura scientifica, non perdetevi questo libro.
Concludo con una citazione riguardo ai castori: il loro egoistico industriarsi provoca drastiche alterazioni dell’ambiente, esaurisce le risorse naturali, e se la densità di popolazione è eccessiva lascia un territorio incapace di sostentarli. Vi fischiano per caso le orecchie?
December 16, 2025
“Questo libro tratta delle meravigliosamente multiformi, sbalorditive abilità degli animali, la cui progettazione biofisica è qui considerata dal punto di vista ingegneristico.” Mark Denny, Alan McFadzean
Uno dei temi centrali è la dispersione dell’energia nei sistemi naturali. L’energia che attraversa i livelli trofici si riduce drasticamente a ogni passaggio: la perdita oscilla tra l’80% e il 95%. Dei raggi solari che raggiungono l’alta atmosfera, solo una piccola frazione arriva al suolo; di questa, circa l’1% viene catturata dalle piante attraverso la fotosintesi. A ogni successivo passaggio – dalle piante agli erbivori, dagli erbivori ai piccoli carnivori e infine ai grandi predatori – solo un decimo dell’energia resta disponibile. Alla fine, i grandi carnivori riescono a sfruttare appena una parte su un milione dell’energia originaria. Una delle cause principali di questa enorme dissipazione è il costo energetico della locomozione, soprattutto nella caccia.
Questi equilibri energetici si riflettono anche nelle leggi che descrivono la vita animale. Le dinamiche tra predatori e prede, come nel classico caso di linci e lepri, possono essere descritte matematicamente dalle equazioni di Lotka-Volterra. Il metabolismo, invece, è governato da leggi di scala: secondo la legge di Rubner, il metabolismo basale cresce con la massa corporea elevata ai due terzi, un risultato legato alla geometria di superficie e volume e alla dispersione del calore. Da qui derivano regole ecologiche note come quella di Bergmann, secondo cui gli animali di una stessa specie tendono a essere più grandi alle alte latitudini e con il diminuire delle temperature, e quella di Allen, che collega la forma più tondeggiante alla vita nei climi freddi. Studi successivi hanno portato a una formulazione leggermente diversa, la legge di Kleiber, che descrive il metabolismo come proporzionale alla massa elevata ai tre quarti.
La locomozione è un altro asse fondamentale. La simmetria bilaterale si rivela nettamente superiore a quella radiale per muoversi in modo efficiente: permette forme idro- e aerodinamiche, la concentrazione degli organi di senso nella parte anteriore del corpo e quindi la cefalizzazione cioè lo svilupparsi di testa e cervello. La segmentazione del corpo, semplice dal punto di vista dello sviluppo, migliora ulteriormente il movimento. Gli esoscheletri, pur offrendo protezione, pongono limiti alla dissipazione del calore e alla crescita, motivo per cui sono diffusi soprattutto tra animali di piccole dimensioni.
Il movimento segue leggi fisiche precise. Il numero di Froude, che mette in relazione velocità, gravità e lunghezza degli arti, descrive come cambia l’andatura con la scala corporea, nel caso del moto nei fluidi invece, il numero ci dice come varia la resistenza al movimento di una nave nell’acqua con la lunghezza della carena. Nel volo degli uccelli esiste una velocità ottimale che minimizza il consumo energetico, ma anche una seconda velocità che massimizza la distanza percorribile: come per un maratoneta, non sempre il passo meno faticoso è quello più efficiente sul lungo periodo. Nel nuoto dei pesci, così come nel volo e nella corsa, la velocità cresce con la massa corporea secondo una legge di scala ben definita.
Alla locomozione si affiancano i sensi, che dal punto di vista ingegneristico si dividono in tre grandi categorie: recettori elettromagnetici (vista, infrarosso, campi elettrici e magnetici), chimici (olfatto e gusto) e meccanici (udito e tatto). La percezione guida anche le strategie di inseguimento: un predatore può puntare direttamente al bersaglio, anticiparne il movimento, mantenere un angolo costante di avvicinamento oppure conservare una direzione assoluta costante, una soluzione particolarmente efficace contro prede che manovrano.
Costruire, muoversi e cacciare non richiedono necessariamente intelligenze complesse. Molti comportamenti emergenti nascono dall’interazione di regole semplici. Le formiche, ad esempio, seguono pochi comandi elementari basati su movimento casuale, feromoni e raccolta del cibo, ma producono reti di foraggiamento altamente efficienti. Lo stesso vale per gli stormi di uccelli, che si organizzano grazie a tre sole regole: mantenere la distanza, allinearsi ai vicini e restare coesi. Anche la caccia cooperativa dei lupi può essere descritta con un algoritmo semplice, in cui ogni individuo bilancia la distanza dalla preda con quella dagli altri membri del branco.
Tuttavia, il fatto che questi fenomeni siano descrivibili matematicamente non implica che la natura “usi” consapevolmente la matematica: le equazioni sono strumenti interpretativi, non istruzioni seguite dagli animali.
Tra i sensi, quello chimico emerge come il più universale: esistono animali ciechi o sordi, ma non specie prive di sensibilità chimica. Odori e sapori indicano una presenza reale e immediata, a differenza di vista e udito, che possono essere ingannati da riflessi ed echi. Nell’uomo l’olfatto è profondamente legato alla memoria e alle emozioni, tanto da restare attivo anche durante il sonno. Gli ormoni agiscono all’interno dell’organismo, mentre i feromoni comunicano informazioni ai conspecifici.
L’udito mostra adattamenti notevoli: i mammiferi, a differenza di molti altri vertebrati, possono percepire frequenze superiori ai 10 kHz. Nei cetacei l’ecolocalizzazione va oltre una semplice “vista sonora”: il suono penetra nel corpo della preda e ne restituisce una sorta di immagine tridimensionale interna. Ma proprio le leggi fisiche della propagazione sonora fanno sì che il segnale di andata e ritorno si attenui molto rapidamente: spesso la preda può udire il biosonar del predatore prima di essere rilevata, guadagnando un margine cruciale per la fuga.
Nel complesso, il libro mostra come energia, forma, movimento, percezione e comportamento siano legati da principi fisici semplici, che, combinandosi, producono la straordinaria complessità del mondo animale.
Libro pieno zeppo di informazioni, spunti e dettagli. La parte sui sensi mi ha comunque un po' stufato. Forse anche per il linguaggio non sempre scorrevole. Ottimi libri più divulgativi che trattano gli stessi argomenti sono Scala: Le leggi universali della crescita, dell'innovazione, della sostenibilità e il ritmo di vita degli organismi, delle città, dell'economia e delle aziende e
Un mondo immenso: Come i sensi degli animali rivelano il mondo nascosto intorno a noi.
Uno dei temi centrali è la dispersione dell’energia nei sistemi naturali. L’energia che attraversa i livelli trofici si riduce drasticamente a ogni passaggio: la perdita oscilla tra l’80% e il 95%. Dei raggi solari che raggiungono l’alta atmosfera, solo una piccola frazione arriva al suolo; di questa, circa l’1% viene catturata dalle piante attraverso la fotosintesi. A ogni successivo passaggio – dalle piante agli erbivori, dagli erbivori ai piccoli carnivori e infine ai grandi predatori – solo un decimo dell’energia resta disponibile. Alla fine, i grandi carnivori riescono a sfruttare appena una parte su un milione dell’energia originaria. Una delle cause principali di questa enorme dissipazione è il costo energetico della locomozione, soprattutto nella caccia.
Questi equilibri energetici si riflettono anche nelle leggi che descrivono la vita animale. Le dinamiche tra predatori e prede, come nel classico caso di linci e lepri, possono essere descritte matematicamente dalle equazioni di Lotka-Volterra. Il metabolismo, invece, è governato da leggi di scala: secondo la legge di Rubner, il metabolismo basale cresce con la massa corporea elevata ai due terzi, un risultato legato alla geometria di superficie e volume e alla dispersione del calore. Da qui derivano regole ecologiche note come quella di Bergmann, secondo cui gli animali di una stessa specie tendono a essere più grandi alle alte latitudini e con il diminuire delle temperature, e quella di Allen, che collega la forma più tondeggiante alla vita nei climi freddi. Studi successivi hanno portato a una formulazione leggermente diversa, la legge di Kleiber, che descrive il metabolismo come proporzionale alla massa elevata ai tre quarti.
La locomozione è un altro asse fondamentale. La simmetria bilaterale si rivela nettamente superiore a quella radiale per muoversi in modo efficiente: permette forme idro- e aerodinamiche, la concentrazione degli organi di senso nella parte anteriore del corpo e quindi la cefalizzazione cioè lo svilupparsi di testa e cervello. La segmentazione del corpo, semplice dal punto di vista dello sviluppo, migliora ulteriormente il movimento. Gli esoscheletri, pur offrendo protezione, pongono limiti alla dissipazione del calore e alla crescita, motivo per cui sono diffusi soprattutto tra animali di piccole dimensioni.
Il movimento segue leggi fisiche precise. Il numero di Froude, che mette in relazione velocità, gravità e lunghezza degli arti, descrive come cambia l’andatura con la scala corporea, nel caso del moto nei fluidi invece, il numero ci dice come varia la resistenza al movimento di una nave nell’acqua con la lunghezza della carena. Nel volo degli uccelli esiste una velocità ottimale che minimizza il consumo energetico, ma anche una seconda velocità che massimizza la distanza percorribile: come per un maratoneta, non sempre il passo meno faticoso è quello più efficiente sul lungo periodo. Nel nuoto dei pesci, così come nel volo e nella corsa, la velocità cresce con la massa corporea secondo una legge di scala ben definita.
Alla locomozione si affiancano i sensi, che dal punto di vista ingegneristico si dividono in tre grandi categorie: recettori elettromagnetici (vista, infrarosso, campi elettrici e magnetici), chimici (olfatto e gusto) e meccanici (udito e tatto). La percezione guida anche le strategie di inseguimento: un predatore può puntare direttamente al bersaglio, anticiparne il movimento, mantenere un angolo costante di avvicinamento oppure conservare una direzione assoluta costante, una soluzione particolarmente efficace contro prede che manovrano.
Costruire, muoversi e cacciare non richiedono necessariamente intelligenze complesse. Molti comportamenti emergenti nascono dall’interazione di regole semplici. Le formiche, ad esempio, seguono pochi comandi elementari basati su movimento casuale, feromoni e raccolta del cibo, ma producono reti di foraggiamento altamente efficienti. Lo stesso vale per gli stormi di uccelli, che si organizzano grazie a tre sole regole: mantenere la distanza, allinearsi ai vicini e restare coesi. Anche la caccia cooperativa dei lupi può essere descritta con un algoritmo semplice, in cui ogni individuo bilancia la distanza dalla preda con quella dagli altri membri del branco.
Tuttavia, il fatto che questi fenomeni siano descrivibili matematicamente non implica che la natura “usi” consapevolmente la matematica: le equazioni sono strumenti interpretativi, non istruzioni seguite dagli animali.
Tra i sensi, quello chimico emerge come il più universale: esistono animali ciechi o sordi, ma non specie prive di sensibilità chimica. Odori e sapori indicano una presenza reale e immediata, a differenza di vista e udito, che possono essere ingannati da riflessi ed echi. Nell’uomo l’olfatto è profondamente legato alla memoria e alle emozioni, tanto da restare attivo anche durante il sonno. Gli ormoni agiscono all’interno dell’organismo, mentre i feromoni comunicano informazioni ai conspecifici.
L’udito mostra adattamenti notevoli: i mammiferi, a differenza di molti altri vertebrati, possono percepire frequenze superiori ai 10 kHz. Nei cetacei l’ecolocalizzazione va oltre una semplice “vista sonora”: il suono penetra nel corpo della preda e ne restituisce una sorta di immagine tridimensionale interna. Ma proprio le leggi fisiche della propagazione sonora fanno sì che il segnale di andata e ritorno si attenui molto rapidamente: spesso la preda può udire il biosonar del predatore prima di essere rilevata, guadagnando un margine cruciale per la fuga.
Nel complesso, il libro mostra come energia, forma, movimento, percezione e comportamento siano legati da principi fisici semplici, che, combinandosi, producono la straordinaria complessità del mondo animale.
Libro pieno zeppo di informazioni, spunti e dettagli. La parte sui sensi mi ha comunque un po' stufato. Forse anche per il linguaggio non sempre scorrevole. Ottimi libri più divulgativi che trattano gli stessi argomenti sono Scala: Le leggi universali della crescita, dell'innovazione, della sostenibilità e il ritmo di vita degli organismi, delle città, dell'economia e delle aziende e
Un mondo immenso: Come i sensi degli animali rivelano il mondo nascosto intorno a noi.
April 25, 2012
A stunning book, rated "Fourth Best Physics Book of 2012" by "Physics World". Everyone in the world should own a copy. And, yes, I am biased...
January 25, 2022
Per quel che ho letto fin'ora è un libro incredibile. Un pozzo di conoscenza, parallelismi e curiosità, che ti fa addentrare nella natura, fisica ed evoluzione senza tralasciare nulla, mantenendo comunque una lettura scorrevole. Stupendo.
July 16, 2024
Impegnativo, ma ricco, dettagliato e sorprendente
January 30, 2025
Really liked this book
December 5, 2012
Facinating
Want to read
May 12, 2016Abbandonato
Displaying 1 - 8 of 8 reviews