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.

En la entrada anterior me ocupé de un rasgo anatómico singular de los elefantes, sus orejas. Pero además de las orejas, los elefantes tienen otras características muy especiales. Veremos en esta entrada otra de ellas y para introducirla acudiré a un clásico.

En la traducción de Hernández y Huerta de 1627 de la “Historia naturalis” (77 a.c.) de Cayo Plinio Segundo, Plinio el viejo, el Intérprete (Hernández, si no estoy equivocado) escribe, como comentario al Capítulo V del Libro VIII, lo siguiente sobre los elefantes:

“(Cuando han de vadear algún río), porque les son tan aficionados (como en el libro noveno de la Historia de los animales refiere Aristóteles) que, ya que no se llamen acuáticos, podrían llamarse riparios, andando muchas vezes por sus riberas, y aun por los mismos ríos zabullidos dentro del agua tanto cuanto pueden, quedando fuera la trompa por do respiren…”

En efecto, los elefantes atraviesan ríos y lagos con gran frecuencia. Esto es lógico, si pensamos en las distancias tan tan largas que recorren y en las que, forzosamente, han de encontrarse con masas de agua de vez en cuando. En ocasiones los ríos son de escasa profundidad y cruzarlos no supone mayor problema. En otras ocasiones, sin embargo, se trata de masas de agua profundas. En esos casos, tanto si atraviesan andando por el lecho, como si lo hacen nadando (porque los elefantes también saben nadar), utilizan la trompa para respirar. El poseer un apéndice tan largo reporta indudables ventajas.

Esa capacidad ha sorprendido siempre a los biólogos, porque a la profundidad a la que atraviesan los ríos, los pulmones de cualquier otro mamífero terrestre resultarían dañados por efecto de la gran presión hidrostática a la que se encuentran sometidos. Sin embargo, el fisiólogo John B. West, especialista en respiración, ofreció en 2002 una explicación a la capacidad de los elefantes para tolerar tales condiciones en una charla titulada “Insights Into Respiratory Mechanisms: Lessons from the Elephant”, pronunciada en la reunión de la American Physiological Society.

Las membranas pleurales de los pulmones de los elefantes se encuentran bajo el agua a una presión tan alta que los vasos sanguíneos de cualquier otro mamífero terrestre se romperían o se produciría un edema. Sin embargo, a los elefantes no les ocurre nada, porque en vez de membranas pleurales normales tienen una capa densa de tejido conjuntivo y gracias a esa capa pueden evitar los potenciales efectos negativos de la alta presión.

A juicio de muchos biólogos, los antecesores de los actuales elefantes eran acuáticos y según el doctor West, es posible que la trompa se desarrollase en ese periodo. Al fin y al cabo, debemos tener presente que los parientes más cercanos de los elefantes son los dugongos y los manatíes.

El video no va de elefantes “riparios”, sino de verdaderos mamíferos acuáticos, como puede verse. La capacidad de nadar de los elefantes es un dato más, una de esas adaptaciones propias de los mamíferos acuáticos a las que acabo de aludir.

En la entrada dedicada a la rana del lago Titicaca dije que Telmatobius culeus carece de verdaderos pulmones y que respira a través de la piel. Hoy voy a escribir sobre otra rana aún más especial que Telmatobius. Su nombre científico es Barbourula kalimantanensis y su nombre común es “rana de Borneo de cabeza plana” (Bornean flat-headed frog). Barbourula no tiene pulmones, ni verdaderos pulmones ni vestigios de pulmones, como tiene Telmatobius; de hecho, Barbourula es la única rana conocida que carece completamente de pulmones.

Barbourula fue descubierta en Borneo en 1978, pero hasta 2008, cuando se han encontrado otras dos poblaciones de la especie, no se había practicado la disección a ningún ejemplar, por lo que no había podido ser descrita y clasificada en la debida forma. Al practicársele la disección se ha descubierto que carece de pulmones.

A juicio de un investigador de la Universidad de Singapur que ha examinado los ejemplares de esta especie, la ausencia de pulmones constituye una adaptación a la vida en cauces de agua sometidos a corrientes intensas. Los pulmones ayudan a flotar, pues actuan como si se tratase de flotadores y es más, dificultan, e incluso pueden impedir, la tarea de asentarse en el fondo. En enclaves en los que el agua se mueve a gran velocidad puede resultar muy difícil evitar ser arrastrado por la corriente, tanto si de lo que se trata es de mantenerse firme en el sustrato, como si la rana se encuentra nadando. Dado que al carecer de pulmones la tarea le resulta más sencilla, tiene sentido que durante la evolución de la especie se haya seleccionado ese carácter.

Por otro lado, en los ríos y regatos donde la corriente es intensa el agua suele estar saturada, e incluso sobresaturada, de oxígeno, por lo que la piel puede resultar un órgano adecuado para captar el oxígeno necesario. Además, la forma plana de la cabeza, además de constituir una ventaja para ser arrastrada por la corriente, también facilita enormemente la captación de oxígeno.

Nota: Esta historia me la encontré en el número del 16 de mayo de 209 de la revista New Scientist.

Los mamíferos marinos son excelentes buceadores y, sin embargo, bucear constituye un verdadero problema. El más evidente es que los pulmones de mamíferos no sirven para extraer oxigeno del agua, por lo que no podemos respirar bajo el agua, con todo lo que ello implica. Pero bucear también comporta problemas que no tienen nada que ver con que se pueda o no extraer oxígeno del agua. Veamos en qué consiste uno de esos problemas.

El aire que respiramos es una mezcla de gases en la que los más importantes son el nitrógeno (78%) y el oxígeno (21%). El oxígeno es el que utilizamos como comburente en el metabolismo y a cuya adquisición destinamos el sistema respiratorio y, en la medida que le corresponde, el circulatorio.

El nitrógeno, sin embargo, es inerte; no lo usamos ni lo necesitamos. En condiciones normales, tan sólo una mínima fracción de nitrógeno pasa a la sangre en forma disuelta. Pero durante la inmersión aumenta la presión a la que se encuentran los gases en los pulmones, -por cada 10 m de profundidad la presión aumenta en 1 atm-, y como consecuencia de ello, aumenta la presión parcial del nitrógeno en el aire comprimido inhalado por el buceador. Por esa razón, el buceador toma más nitrógeno en cada inhalación que el que hubiera tomado a nivel del mar. Sin embargo, ese nitrógeno no se expulsa al exhalar el aire inhalado, ya que una parte significativa queda disuelta en los fluidos del buceador.

Ahora bien, en el momento en que el buceador inicia el ascenso para emerger, conforme se eleva en la masa de agua desciende la presión y con el cambio de la presión, el nitrógeno va difundiendo desde las células a la sangre y de ahí a la cavidad pulmonar, de donde es exhalado al exterior. El problema puede surgir cuando el ascenso es rápido y no da tiempo a que el nitrógeno difunda de forma gradual al exterior. Bajo esas condiciones a veces se forman, en la sangre y otros fluidos corporales, burbujas de nitrógeno gaseoso que pueden causar daños graves. Esto es así porque pueden comprimir nervios, obstruir arterias, venas y vasos linfáticos, así como provocar reacciones químicas dañinas en la sangre. Por esa razón, a las personas que bucean se les instruye para que eviten ascensos rápidos y minimicen el riesgo de que se produzca ese problema.

Los mamíferos marinos, sin embargo, realizan emersiones muy rápidas. Algunos de ellos son capaces de sumergirse a gran velocidad y hacer lo propio al retornar a la superficie. Y es evidente que delfines y ballenas no experimentan ningún problema por ello. La pregunta es, pues, ¿cómo evitan el problema?

Aunque no cabe certeza absoluta al respecto, parece ser que la respuesta tiene que ver con el hecho de que los mamíferos marinos, antes de sumergirse, vacían sus pulmones todo lo que pueden. Las ballenas, por ejemplo, tienen pulmones de un volumen relativamente pequeño, y los vacían casi por completo antes de sumergirse. Además, a partir de cierta profundidad, los pulmones se colapsan completamente debido a la altísima presión. Esto es, dentro de sus pulmones no queda prácticamente nada. Está claro que si sus pulmones, por no contener aire, no contienen nitrógeno, ningún nitrógeno pasa a la sangre y por lo tanto, no hay ninguna posibilidad de que se formen burbujas de nitrógeno al descomprimirse los pulmones de vuelta a la superficie.

Pero entonces, si vacían sus pulmones antes de sumergirse, ¿de dónde sacan el oxígeno que necesitarán durante la inmersión? La respuesta, dentro de unos días.