Anser indicus

En más de una ocasión me he ocupado aquí de las aves que vuelan a gran altura y de la dificultad que, en principio, representa para los animales respirar en esas condiciones. Porque la densidad de aire disminuye conforme aumenta la altitud sobre el nivel del mar.

Se trata de un simple problema de presión. Conforme ascendemos, hay menos cantidad de aire sobre nosotros, por lo que hay cada vez menos presión. Al haber menos presión, las moléculas de los gases no están tan comprimidas; ocupan más volumen o, lo que es lo mismo, la densidad del aire es menor. Y al disminuir la densidad del aire, baja también la cantidad de oxígeno que hay por unidad de volumen, por lo que su disponibilidad biológica también desciende. Por todo ello, en las más altas cumbres del planeta hay muy poco oxígeno; para que nos hagamos una idea, a 5.000 m de altura hay la mitad de oxígeno que al nivel del mar.

La mayor parte de los mamíferos lo pasamos mal en los lugares altos; experimentamos sensación de ahogo si no nos hemos acostumbrado o adaptado. E incluso la adaptación tiene sus límites: por encima de 5.000 m no vive ningún ser humano de forma permanente. Las aves, sin embargo, no tienen mayor problema por estar allí arriba: mientras los ratones caen redondos a una altura de 6.000 m, los gorriones no sufren consecuencia ninguna. Y a alturas muy superiores se han llegado a ver aves volando. Todas las aves tienen una gran facilidad para captar oxígeno, incluso cuando es muy escaso, gracias a la gran eficiencia de sus pulmones. Y además, las aves que sobrevuelan las cumbres más altas disponen de una hemoglobina especial, que les facilita la captación de oxígeno.

No obstante, una cosa es poder respirar a gran altura, y otra muy diferente conseguir llegar hasta allí. Al fin y al cabo, subir, oponerse a la fuerza de la gravedad, siempre exige un esfuerzo considerable, y ese esfuerzo es superior si ha de hacerse aleteando en un aire de baja densidad. Hay que tener en cuenta que es el aire el sostén de las aves, y cuanto menor es su densidad, menor es la sujección que aporta. De hecho, las aves no podrían volar sin aire. Esos factores son importantes a la hora de valorar las condiciones en las que deben desenvolverse las aves que ascienden a las altas cumbres de cordilleras tales como los Andes o el Himalaya.

El ansar indio es un ave que sobrevuela el Himalaya. Durante el invierno vive en la India, a nivel del mar, pero en la primavera se dirigen hacia el norte, a su área de reproducción, que está en Asia central. El viaje que deben hacer de la India hasta Mongolia es muy duro. Deben sobrevolar el Himalaya, donde la mayoría de sus pasos se encuentran por encima de los 5.000 m. A esa altura, como he señalado antes, solo hay la mitad del oxígeno que hay a nivel del mar.

El pasado año se publicaron los resultados de una investigación en la que, valiéndose de telemetría y el concurso de satélites, se monitorizó la trayectoria seguida por ánsares indios en su migración a través del Himalaya. Para cruzar la cordillera necesitan, en promedio, ocho horas. Eso quiere decir que vuelan a una velocidad de 50-60 km h-1, hacia arriba. En cada ahora salvan una altura de 1,1 km. Y por sorprendente que resulte, no hacen uso de corrientes de aire ascendentes, porque utilizan, de hecho, las horas del día en que no hay viento. De ese modo evitan las tormentas, lo que les permite un mejor control aerodinámico. Cuando vuelven de Mongolia las cosas son más fáciles: la travesía del Himalaya solo dura 4,5 h.

Trayectoria del Anser indicus

El ansar indio está especialmente adaptado a realizar un esfuerzo tal. Sus tejidos están muy bien irrigados, de manera que la sangre llega con facilidad a todo el organismo; eso es posible por la gran densidad de capilares que posee, así como por la disposición uniforme de los capilares. La densidad mitocondrial de las células musculares es también muy alta y tiene más fibras oxidativas (resistentes a la fatiga) que otras aves similares. Esto quiere decir que en el ansar indio hay una mayor proporción de músculos que no se fatigan o que se fatigan muy lentamente. Por otro lado, la hemoglobina es muy eficiente transportando oxígeno. Y sus pulmones son también mayores que los de aves de similar tamaño. Además, cuando se encuentra en condiciones de hipoxia, puede multiplicar por siete la tasa ventilatoria; de esa forma compensa la falta de oxígeno con un mayor aporte de medio respiratorio -el aire- a los pulmones. Así pues, su fisiología se encuentra especialmente adaptada a un reto de gran dificultad, como es el que tiene que afrontar en cada primavera para viajar a su área de cría.

Fuente: L. A. Hawkes, S. Balachandran, N. Batbayar, P. J. Butler, P. B. Frappell, W. K. Milsom, N. Tseveenmyadag, S. H. Newman, G. R. Scott, P. Sathiyaselvam, J. Y. Takekawa, M. Wikelski, and C. M. Bishop (2011): “The trans-Himalayan flights of bar-headed geese (Anser indicus)” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 108 (23): 9516-9519.

Las mujeres embarazadas suelen decir que les falta el aire cuando realizan esfuerzos; se quedan sin resuello con facilidad. Inspiran profundamente con frecuencia. Algunas piensan que eso que les pasa se debe a que el feto les quita espacio para expandir la cavidad pulmonar al inspirar. La verdad es que no sé si eso es así; no sé hasta qué punto el feto puede llegar a limitar los movimientos del aparato respiratorio de la madre o a comprometer parte del volumen de inspiración.

Pero aunque no los limitase, hay una razón fisiológica por la que las mujeres embarazadas de varios meses experimentan una cierta sensación de ahogo, y esa razón tiene que ver con las necesidades respiratorias del feto. El feto, como es natural, necesita oxígeno. Además, su actividad metabólica es alta. Hay dos razones para que así lo sea. Por un lado, al ser un organismo de pequeño tamaño, le ocurre lo mismo que al resto de los seres vivos de pequeño tamaño; esto es, tienen una tasa metabólica (por unidad de masa) mayor que los individuos de mayor tamaño. Y por el otro lado, al ser un ser vivo en pleno crecimiento y desarrollo, se encuentra creando tejidos nuevos de forma intensa, lo que supone que su actividad metabólica ha de ser alta, del mismo modo que han de serlo sus requerimientos de oxígeno, de energía y de materiales estructurales. El calor que produce el feto es un claro indicador de esa alta actividad metabólica; esta es otra de esas sensaciones a las que suelen referirse las mujeres embarazadas: tienen calor y, sobre todo en verano, lo suelen pasar mal por esa razón. Es como si llevasen una estufita interior, y son ellas las que tienen que disipar el calor que produce esa estufita.

Así pues, las demandas metabólicas del feto son bastante altas y eso conlleva alta demanda de oxígeno. Por otra parte, el feto carece de un sistema propio para captar el oxígeno, por lo que tiene que valerse del que transporta la sangre materna desde los pulmones. Pero esto tiene su dificultad, porque como sabemos, el oxígeno va combinado con el pigmento respiratorio, -hemoglobina-, y no resulta fácil que éste ceda el oxígeno que porta. Se necesita una reducción importante de la tensión parcial de oxígeno para que el pigmento se desprenda del oxígeno con el que se encuentra combinado. El problema es que, en ausencia de algún dispositivo especial, si se produce una reducción muy fuerte de la tensión parcial de oxígeno, ello querría decir que el feto dispondría de muy poco oxígeno, insuficiente seguramente para satisfacer sus necesidades. Hay que tener en cuenta, además, que para llegar a la sangre fetal, el oxígeno que se encuentra en la sangre de la madre debe difundir a través del epitelio de la placenta, esto es, debe atravesar una barrera.

Como digo, en ausencia de algún mecanismo especial, al feto se le plantearía una tarea difícil, ya que a la tendencia de la sangre de la madre a “guardar” el oxígeno, se suma la dificultad añadida de tener que atravesar la “barrera” placentaria. Pero es evidente que esas dificultades han de resolverse de alguna forma. Y así es, porque la sangre del feto dispone de un pigmento capaz de “apropiarse” de ese oxígeno, de una hemoglobina que se lo “quita” a la hemoglobina materna. Eso ocurre porque la hemoglobina fetal tiene una alta afinidad por el oxígeno, más alta que la de la hemoglobina materna. Por esa razón, cuando ambos pigmentos respiratorios se encuentran en medios con similar tensión parcial de oxígeno, el oxígeno pasa de la hemoglobina materna a la fetal. Podría decirse que el feto tiene una cierta prioridad sobre la madre a la hora de disponer del oxígeno que la madre ha captado.

Esto es una característica que comparten todos los mamíferos, a pesar de que los mecanismos moleculares no son los mismos en todas las especies. De hecho, hay tres tipos de mecanismos, pero el resultado es muy similar en todos los casos: la afinidad por el oxígeno del pigmento fetal es superior a la del pigmento materno y gracias a ello se garantiza que el aporte de oxígeno al feto sea el adecuado para satisfacer sus necesidades metabólicas.

La vida en las alturas guarda bastantes similitudes con la vida en cavidades subterráneas. Los animales que viven en unos y en otros sitios han de hacer frente a problemas similares; similares pero no idénticos. En ambos tipos de enclaves han de hacer frente a las consecuencias de la escasez de oxígeno; eso es lo que la vida en ellos tiene en común. La diferencia es que los animales que viven en las alturas no tienen que respirar en una atmósfera rica en CO₂ como les ocurre a los que viven en cavidades subterráneas (de estas cosas me ocupé en las entradas Bajo tierra y Bajo tierra II).

Los llamados animales de sangre fría, puesto que tienen tasas metabólicas muy bajas, tienen necesidades de oxígeno muy reducidas. Quizás sea esa la razón por la que los poikilotermos que viven en alturas no demasiado elevadas carezcan de adaptaciones específicas a la vida en condiciones de baja disponibilidad de oxígeno. Sin embargo, cuando la presión atmosférica (y con ella la presión parcial de oxígeno) se reduce por debajo de los 500 mmHg (que viene a ser un tercio inferior a la del nivel del mar), entonces sí encontramos adaptaciones propias de esas condiciones. Es el caso del aumento en la concentración de glóbulos rojos en la sangre de algunas especies de poikilotermos. Los lagartos y las iguanas que viven por encima de los 3.000 m de altura, por ejemplo, tienen un 20% más de glóbulos rojos que sus congéneres de localidades situadas a nivel del mar.

Las cosas son muy diferentes en los animales homeotermos. Tienen altas tasas metabólicas y necesitan, por ello, mucho oxígeno. Esos animales sí presentan notables adaptaciones a la vida en altura. Los mamíferos mejor adaptados a la altura son algunas especies de la familia de los camélidos. Los camélidos surgieron en Norteamérica a finales del Eoceno. Allí se dividieron en varias especies y se extendieron, primero hacia Sudamérica y Asia central, y más recientemente hacia el Próximo Oriente y África. Para los ciudadanos europeos los camélidos más conocidos son el camello africano y el camello asiático. Son animales bastante especiales, adaptados a condiciones muy rigurosas. Sin embargo, junto a estas dos especies propias de zonas de baja altitud, esta familia cuenta con otras cuatro especies (alpaca, guanaco, llama y vicuña) que viven en los Andes, a altitudes de entre 2.000 y 5.000 m. Estas especies presentan características que les permiten ocupar esas zonas tan altas. Veamos, a modo de ejemplo, algunos rasgos de una de ellas, Vicugna vicugna.

La sangre de la vicuña no tiene ni más hemoglobina ni más eritrocitos que la de otros camélidos. De hecho, la capacidad de oxígeno de su sangre es similar a la de cualquier otro homeotermo[1]. Como hemos dicho antes, en las zonas en que viven las vicuñas hay demasiado poco oxígeno, por lo que, de no mediar algún mecanismo o adaptación específica, no llegaría el suficiente oxígeno a los tejidos. Y lo cierto es que las vicuñas, al igual que los otros camélidos andinos, sí presentan rasgos adecuados a la vida en altura. Para empezar, tienen una tasa de ventilación comparativamente alta. Esto es, ventilan los pulmones más rápidamente; esto es, hacen pasar mayores volúmenes de aire por unidad de tiempo por las superficies respiratorias. Esto es equivalente a lo que hacemos nosotros, -y cualquier otro animal-, cuando realizamos un esfuerzo prolongado; aceleramos la frecuencia respiratoria. De esa forma compensan en parte la menor diponibilidad de oxígeno. Al fin y al cabo, al renovar más rápidamente el aire de los pulmones, su concentración de oxígeno no se reduce en exceso, lo que facilita su transferencia hacia la sangre.

Por otra parte, aunque la concentración sanguínea de hemoglobina de los camélidos andinos es similar a la del resto de mamíferos, hay una característica de esa hemoglobina que facilita la transferencia bajo condiciones de hipoxia (baja disponibilidad de oxígeno): el pigmento tiene mayor afinidad por el oxígeno que el de otros mamíferos y como consecuencia de esa mayor afinidad extrae más oxígeno desde el medio respiratorio[2].

Además de tener hemoglobina más afín por el oxígeno, las vicuñas, -y supongo que alpacas, guanacos y llamas también-, tienen corazones más grandes que otros mamíferos de similar tamaño. Esto nos recuerda a los deportistas de resistencia, que tienen corazones que bombean más sangre en cada latido, con lo que, sin acelerar demasiado el ritmo cardiaco, pueden bombear más sangre y, por lo tanto, más oxígeno a los tejidos que la que bombean corazones más pequeños.

Las vicuñas también tienen más mioglobina en los músculos; esto es, sus células musculares tienen más pigmento para guardar y transferir el oxígeno que llega desde los capilares sanguíneos. De esa forma pasa más oxígeno de la sangre al músculo. De alguna forma, esto también nos recuerda una adaptación de los mamíferos marinos, que basaban su capacidad para permanecer sin respirar en la gran capacidad de almacenar oxígeno en el músculo gracias a su elevada concentración de mioglobina muscular (de esto me ocupé en la entrada “La botella del buceador”).

En definitiva, los animales que viven en zonas altas cuentan con toda una bateria de mecanismos para poder respirar. Recuerdesé aquí lo que escribí en la entrada “En las alturas” para calibrar la importancia de estas adaptaciones.