La vida en el frío puede resultar difícil para los animales. A medida que el cuerpo se enfría, los órganos, incluidos el cerebro y los músculos, se ralentizan.
La temperatura corporal de animales como reptiles y anfibios depende principalmente de la temperatura de su entorno, pero los mamíferos pueden aumentar su metabolismo, utilizando más energía para calentar su cuerpo. Esto les permite vive en áreas más frías y permanece activo cuando las temperaturas bajan por la noche o durante los meses de invierno.
Aunque los científicos saben que los mamíferos pueden aumentar su metabolismo en el frío, no ha quedado claro qué órganos o tejidos utilizan esta energía adicional para generar más calor.
Mantener el calor es especialmente desafiante para los mamíferos acuáticos pequeños como las nutrias marinas, por lo que queríamos saber cómo se han adaptado para sobrevivir al frío.
Nosotros ensamblamos a investigar equipo con experiencia en el metabolismo de humanos y mamíferos marinos, incluyendo Heidi Pearson de la Universidad de Alaska Southeast y Mike Murray del Acuario de la Bahía de Monterey. Comprender el uso de energía en animales adaptados a la vida en el frío también puede proporcionar pistas para manipular el metabolismo humano.
Metabolismo de la nutria marina
Es especialmente difícil para los mamíferos acuáticos mantenerse calientes porque el agua conduce el calor lejos del cuerpo mucho más rápido que el aire. La mayoría de los mamíferos marinos tienen cuerpos grandes y una capa gruesa de grasa o grasa para aislamiento.
Las nutrias marinas son los mamíferos marinos más pequeños y no tienen esta gruesa capa de grasa. En cambio, están aislados por el pelaje más denso de cualquier mamífero, con tantos como un millón de cabellos por pulgada cuadrada.
Esta piel, sin embargo, requiere un alto mantenimiento y requiere aseo regular. Aproximadamente el 10 por ciento de las nutrias marinas actividad diaria implica mantener la capa aislante de aire atrapada en su pelaje.
El pelaje denso no es suficiente, por sí solo, para mantener calientes a las nutrias marinas. Para generar suficiente calor corporal, su tasa metabólica en reposo es aproximadamente tres veces más alto que el de la mayoría de los mamíferos de tamaño similar. Sin embargo, esta alta tasa metabólica tiene un costo.
Para obtener suficiente energía para alimentar la alta demanda, las nutrias marinas deben comer más del 20 por ciento de su masa corporal en la comida todos los días. En comparación, los humanos comen alrededor del 2 por ciento de su masa corporal, aproximadamente 3 libras (1.3 kilogramos) de comida por día para una persona de 155 libras (70 kg).
¿De donde viene el calor?
Cuando los animales comen, las células no pueden utilizar directamente la energía de sus alimentos para realizar su trabajo. En cambio, la comida se descompone en nutrientes simples, como grasas y azúcares. Estos nutrientes luego se transportan en la sangre y son absorbidos por las células.
Dentro de la célula hay compartimentos llamados mitocondrias donde los nutrientes se convierten en ATP – una molécula de alta energía que actúa como moneda de energía de la célula.
El proceso de convertir nutrientes en ATP es similar a cómo una presa convierte el agua almacenada en electricidad. A medida que el agua fluye desde la presa, genera electricidad al girar las palas conectadas a un generador, similar al viento que hace girar las palas de un molino de viento. Si la presa tiene fugas, algo de agua, o energía almacenada, se pierde y no se puede usar para generar electricidad.
De manera similar, las mitocondrias con fugas son menos eficientes para producir ATP a partir de nutrientes. Aunque la energía filtrada en las mitocondrias no se puede utilizar para trabajar, genera calor para calentar el cuerpo de la nutria marina.
Todos los tejidos del cuerpo utilizan energía y producen calor., pero algunos tejidos son más grandes y más activos que otros. El músculo constituye el 30 por ciento de la masa corporal de la mayoría de los mamíferos. Cuando están activos, los músculos consumen mucha energía y producen mucho calor. Indudablemente ha experimentado esto, ya sea que se caliente durante el ejercicio o temblando cuando hace frío.
Para averiguar si el metabolismo muscular ayuda a mantener calientes a las nutrias marinas, estudiamos pequeñas muestras de músculos de nutrias marinas que varían en tamaño y edad, desde cachorros recién nacidos hasta adultos. Colocamos las muestras de músculo en pequeñas cámaras diseñadas para monitorear el consumo de oxígeno, una medida de cuánta energía se usa.
Al agregar diferentes soluciones que estimularon o inhibieron varios procesos metabólicos, determinamos cuánta energía podrían usar las mitocondrias para producir ATP y cuánta energía podría destinarse a una fuga productora de calor.
Descubrimos las mitocondrias en Los músculos de la nutria marina pueden tener muchas fugas., lo que permite que las nutrias aumenten el calor de sus músculos sin actividad física o sin temblar.
Resulta que el músculo de la nutria marina es bueno para ser ineficaz. La energía “perdida” en forma de calor al convertir los nutrientes en movimiento les permite sobrevivir al frío.
Sorprendentemente, encontramos que los cachorros recién nacidos tienen la misma capacidad metabólica que los adultos, a pesar de que sus músculos aún no han madurado para nadar y bucear.
Implicaciones más amplias
Nuestra investigación demuestra claramente que el músculo es importante para algo más que el movimiento. Debido a que los músculos constituyen una gran parte de la masa corporal, incluso un pequeño aumento en el metabolismo muscular puede aumentar drásticamente la cantidad de energía que usa un animal.
Esto tiene importantes implicaciones para la salud humana. Si los científicos descubren formas de aumentar de manera segura y reversible el metabolismo del músculo esquelético en reposo, los médicos posiblemente podrían usar esto como una herramienta para reducir las tasas de obesidad aumentando la cantidad de calorías que un paciente puede quemar.
Por el contrario, la reducción del metabolismo del músculo esquelético podría conservar energía en pacientes que padecen cáncer u otras enfermedades debilitantes y podría reducir los alimentos y los recursos necesarios para apoyar a los astronautas en vuelos espaciales de larga duración.
Traver Wright, Profesor Asistente de Investigación de Salud y Kinesiología, Universidad Texas A & M; Melinda Sheffield-Moore, Catedrático de Salud y Kinesiología, Universidad Texas A & M, y Randall Davis, Profesor Regents, Departamento de Biología Marina, Universidad Texas A & M.
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