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Los osos no hibernan igual

juanignacio — Wed, 23 May 2012 19:51:19 +0000

En efecto, los osos hibernan de un modo diferente al del resto de mamíferos hibernantes. El naturalista Georges Louis Leclerc, más conocido como conde de Buffon, ya se había percatado de esa diferencia. En el capítulo de su obra “Histoire naturelle, générale et particulière“ dedicado a los osos dice lo siguiente: “en el invierno los osos se refugian en sus madrigueras, pero a diferencia de las marmotas, no pierden completamente los sentidos y no se encuentran aletargados del todo“. Como expliqué en el artículo “Hibernación de oso“, en sentido estricto, solo los mamíferos de pequeño tamaño que tienen grasa parda hibernan. Pero entonces, si el estado de los osos no es una hibernación en toda regla, ¿en qué consiste ese estado?

Para empezar hay que decir que de lo que se trata es de ahorrar energía. Así pues, en ese aspecto los osos no se diferencian de los demás mamíferos hibernantes, ya que experimentan esa condición de letargo en la época del año en que el alimento escasea o, sencillamente, no se encuentra disponible. Igualmente, durante el letargo, los osos, al igual que las marmotas, reducen considerablemente la tasa respiratoria y la frecuencia cardiaca: la frecuencia de latido, por ejemplo, se reduce desde los habituales 40-50 latidos min^-1 hasta 8-10 latidos min^-1.

Pero además de las similitudes, también hay, como antes he señalado, importantes diferencias entre las dos estrategias de ahorro energético. Por un lado, los pequeños mamíferos despiertan ocasionalmente a lo largo del periodo de hibernación y parece ser que esos despertares son necesarios y es en esos momentos cuando eliminan los residuos que han almacenado. Los osos, por el contrario, no salen nunca de la madriguera mientras dura el letargo (3-6 meses); entre tanto no comen nada, ni tampoco eliminan orina o heces. Y sin embargo, tal y como se percató Buffón, no llegan a alcanzar el estado comatoso en que se encuentran los pequeños mamíferos que hibernan.

Por otro lado, las diferencias más importantes entre las dos formas de hibernar son las relativas a la temperatura corporal. Los osos, a diferencia de los pequeños mamíferos, solo reducen en unos pocos grados la temperatura interna pasan de los habituales 37-39ºC a unos 31-35ºC, por lo que mantienen el cuerpo a una temperatura bastante más alta que la del ambiente. Eso es algo en lo que ayudan de manera notable cuatro factores: la gran masa de los osos, la postura recogida que adoptan para hibernar, la capa de grasa superficial que acumulan antes de empezar el letargo, así como el grueso pelaje del que se dotan en otoño. Es más, tanto el cerebro como los órganos vitales se mantienen a una temperatura muy próxima a la normal durante casi todo el period de letargo.

Así pues, si los comparamos con los “verdaderos hibernantes“, la diferencia más notable es la que se refiere a la temperatura corporal. Aquéllos la reducen hasta el valor de la temperatura ambiental y solo la elevan durante los despertares ocasionales, elevación que es posible gracias a la producción de calor que realiza la grasa parda. De hecho, la razón por la que en ocasiones se afirma que los osos no son verdaderos hibernantes, es porque no experimentan un estado de hipotermia similar al de los pequeños mamíferos. Por esa razón, al estado de mínima actividad en que se encuentran durante los meses fríos se le suele denominar letargo invernal, estableciéndose así una diferencia con el estado de hibernación.

El letargo del ratón

juanignacio — Wed, 18 Jan 2012 15:57:29 +0000

El ratón, –Mus musculus de nombre científico-, es un pequeño mamífero roedor que convive con los seres humanos desde hace milenios. Es un mamífero que despliega una actividad enorme. Por esa razón, y también por su pequeño tamaño, tiene una tasa metabólica muy alta y, en consecuencia, sus necesidades energéticas son muy grandes.

Esas altas necesidades energéticas son, muy probablemente, la razón por la que en numerosas ocasiones el ratón entra en letargo. Pero curiosamente, que entre o no depende de las circunstancias. Por ejemplo, entra en letargo si se queda sin alimento o si la temperatura ambiental es muy baja. En cualquiera de esos dos casos, -ayuno o frío-, el ratón corre el riesgo de incurrir en un balance energético negativo. Si se encuentra en ayunas, el ratón no incorpora energía y el letargo es un modo excelente de ahorrarla. Y si la temperatura ambiental baja en exceso, debería gastar demasiada energía para producir el calor necesario que compensase las pérdidas. Así pues, la mejor vía para mantener el balance energético en esas condiciones, es la reducción de la temperatura corporal que caracteriza a ese estado; esa reducción reporta dos beneficios: por un lado, disminuye la diferencia térmica con el exterior, de manera que la pérdida de calor se atenúa mucho[1], y por el otro, esa reducción térmica conlleva, por razones puramente cinéticas, un descenso de la tasa metabólica y ese descenso permite que el balance energético no se deteriore en exceso.

Y hay una tercera circunstancia bajo la que puede ocurrir que el ratón entre en letargo. Si para conseguir el alimento debe realizar un gasto energético excesivo, también lo hará. La intensidad de la hipotermia (magnitud del descenso de su temperatura corporal) y la duración del tiempo durante el que los ratones permanecen en letargo dependen también de eso. Si el esfuerzo que han debido hacer para obtener el alimento es muy alto, la reducción térmica corporal será más intensa y el letargo se prolongará durante más tiempo que si ese esfuerzo ha sido menor. Todo depende de la magnitud del balance energético.

Es una característica curiosa, pero tiene sentido. Es curiosa, porque incluso los ratones alimentados ad libitum pueden entrar en letargo si para conseguir esa muy abundante comida se tienen que esforzar demasiado[2]. Y tiene sentido porque en términos de balance energético, incluso bajo condiciones de alimentación abundante pueden los ratones comprometer su ganancia de energía.

Este comportamiento explicado aquí de cuenta de una considerable flexibilidad fisiológica. Pone de manifiesto que el letargo es una buena herramienta para mantener el balance energético. Y si bien hace años se consideraba como algo excepcional y muy restringido en el mundo animal, cada vez son más las especies de las que sabemos que lo adoptan de manera habitual. Y claro, enseguida surge la pregunta: ¿no será que el letargo está al alcance de todas o casi todas las especies de mamíferos?

Fuente: Kristin A. Schubert, Ate S. Boerema, Lobke M. Vaanholt, Sietse F. de Boer, Arjen M. Strijkstra y Serge Daan (2009): “Daily torpor in mice: high foraging costs trigger energy-saving hypothermia” Biology Letters 6: 132–135

[1] Esto ocurre porque el flujo de calor hacia fuera es directamente proporcional a la diferencia térmica entre el interior y el exterior

[2] Esto, por cierto, constituye una novedad

Tiene algo que ver con sus narizotas

juanignacio — Tue, 13 Dec 2011 21:29:50 +0000

Si un mamífero o un ave se encuentra a una temperatura inferior a la del ambiente y, a pesar de todo, debe perder calor, solo dispone de un recurso posible para ello: evaporar agua en alguna superficie corporal. El agua así evaporada toma calor del organismo y, de esa forma, lo refrigera. En la mayoría de esos animales, las vías respiratorias superiores son el enclave donde se produce esa evaporación. Por esa razón, los animales pierden mucha agua por evaporación.

Los camellos, sin embargo, pierden poca agua de ese modo, ya que una gran parte de la que se evapora en el pulmón la recuperan en las vías respiratorias superiores, conductos nasales incluídos. De hecho, la humedad relativa del aire espirado puede reducirse hasta un 50% en relación con la del aire que sale de los bronquios. Esa recuperación de agua se produce porque en el epitelio nasal se acumulan, mezclándose, las secreciones propias del epitelio junto con las células muertas del mismo, y esa mezcla resulta ser altamente higroscópica; esto es, tiene gran capacidad para absorber vapor de agua. Es algo similar a lo que ocurre con las galletas cuando se mantienen en una atmósfera húmeda; por eso se ablandan.

Knut Schmidt-Nielsen fue el investigador que descubrió ese mecanismo. Él fue el que formuló la hipótesis tras su estancia en el Sáhara investigando la fisiología del balance hídrico de los camellos. Había observado que la humedad relativa del aire exhalado era de un 50%, pero no sabía si procedía de ese modo de los alvéolos pulmonares o, por el contrario, el contenido hídrico original era próximo al 100% y más tarde, en las vías superiores, se retiraba parte de ese vapor de agua y quedaba reducido al 50%. Él suponía que la correcta era esta segunda posibilidad. Para poder contrastar su hipótesis, construyó una nariz artificial en el laboratorio, y en esa nariz dispuso una capa higroscópica artificial. Las pruebas demostraron que el mecanismo propuesto era adecuado para explicar las observaciones realizadas previamente en narices reales de camellos bajo las condiciones del desierto.

La contrapartida que hay que pagar por recuperar el agua es que la nariz se calienta, y al calentarse la nariz, también el resto del cuerpo. Del mismo modo que se enfría el aire inspirado cuando se evapora la película de agua que recubre las vías respiratorias, éstas se calientan al condensarse ese vapor de agua. Por esa razón, cuando están deshidratados, los camellos no son capaces de mantener constante la temperatura corporal. De hecho, toleran cambios de hasta 6ºC en su temperatura corporal bajo esas condiciones, pudiendo alcanzar los 41ºC de temperatura máxima. El cerebro, a pesar de todo, está protegido, ya que lo mantienen más fresco gracias a la rete mirabile de la arteria carótida.

Y además, los dromedarios toleran muy bien la deshidratación. Los perros o los caballos, por ejemplo, no toleran pérdidas de agua superiores al 15%; sin embargo, los dromedarios sobreviven incluso tras perder hasta el 25% de su agua corporal e incluso más. El dato de 25% de pérdida se ha comprobado fehacientemente, pero nadie ha llevado a un dromedario hasta la muerte para establecer el límite letal, por lo que la tolerancia es aún mayor. Teniendo en cuenta que, -como ocurre con los órices y otros animales del desierto-, obtienen parte del agua del alimento, pueden permanecer días (en la estación cálida) o semanas (en la estación fresca) sin beber una gota de agua. Luego, cuando pueden, beben mucha; Schmidt-Nielsen comprobó que, si se encontraban deshidratados, llegaban a beber un volumen equivalente al 33% de su masa corporal. Cualquier otro animal que bebiese una cantidad tal experimentaría lo que se conoce como “envenenamiento por agua”, cosa que no le ocurre a los dromedarios. Pero eso no quiere decir que, como pensaban antigüamente, tengan ningún depósito de agua; lo que ocurre es que de ese modo restauran el nivel hídrico previo a la deshidratación.

Schmidt-Nielsen envió los resultados de su investigación sobre la nariz de los camellos a la revista “Proceedings of the Royal Society” pero se llevó una sorpresa enorme cuando, antes de que se publicara el correspondiente artículo, se encontró con una referencia a la nariz de los camellos en la conocida viñeta de comic “Peanuts”. Lo cuenta así en su autobiografía:

In the first panel Charlie Brown says to Lucy: “I just found out why camels can go so long without water. It has something to do with their big noses.” In the next panel Lucy turns to the dog Snoopy and suggests that with his large nose he could go for years without a drink. We had been scooped! I wrote to Charles Schulz, the artist, to ask how he had learned of our unpublished work. A secretary replied that Mr. Schulz couldn’t remember. At any rate, in the scientific literature we retained our priority.

[En la primera viñeta, Charly Brown decía a Lucy lo siguiente: “Acabo de enterarme cómo pueden estar los camellos tanto tiempo sin beber. Tiene algo que ver con sus narizotas”. En la siguiente viñeta, Lucy se quedaba mirando al perro Snoopy y le sugiere que visto el gran tamaño de su nariz, podría pasar años sin beber agua. ¡Nos habían robado la primicia! Le escribí al dibujante Charles Shultz para preguntarle cómo se había enterado de algo que aún no se había publicado, pero nos respondió una secretaria diciendo que Schultz no lo podía recordar. No obstante, en la literatura científica mantuvimos la primicia.]

Avestruces acalorados

juanignacio — Mon, 25 Jul 2011 23:22:00 +0000

Cualquiera que se haya visto un avestruz se habrá percatado de que tiene abundante plumaje cubriendo su cuerpo y alas y dejando tan solo desnudos el cuello, la cabeza y las patas. Y quizás le haya sorprendido, porque al fin y al cabo, el plumaje, como ocurre con el de los gorriones, es un aislante excelente. Si el plumaje de los gorriones evita que pierdan calor, qué función desempeña ese plumaje en un animal que vive en zonas cálidas. ¿No evitará que se pierda el calor que de hecho conviene que se pierda?

La respuesta es que no. El plumaje aisla, en efecto, pero en este caso aisla evitando que se gane calor. Esa es la función que cumple en los avestruces. El avestruz genera una gruesa capa de aire extendiendo las plumas cuando hace calor; bajo esas condiciones, el plumaje pasa de tener 2 a tener 10 cm de grosor. Las excepciones, como ya he señalado, son las patas, el cuello y la cabeza; las patas y el cuello no son zonas críticas desde el punto de vista del control térmico, pero la cabeza sí lo es, ya que es preciso regular con precisión la temperatura encefálica. Gracias en parte al aislamiento que proporciona el plumaje, consiguen regular su temperatura corporal y mantenerla constante a temperaturas ambientales de hasta 51ºC. Dudo que haya ningún otro vertebrado con tanta tolerancia al calor.

El aislamiento no es el único mecanismo implicado en esa gran tolerancia térmica. Al fin y al cabo, el propio metabolismo del animal constituye una fuente de calor, y el plumaje, del mismo modo que evita la ganancia desde el exterior, conserva el que se genera en el interior, con lo que el riesgo de sobrecalentamiento existe. Cuando la temperatura ambiental excede los 38-39 ºC los avestruces han de recurrir a otra vía para evitar el sobrecalentamiento, la de la evaporación. Los avestruces, como el resto de las aves, no sudan; por ello, la única posibilidad de que disponen para refrigerarse mediante evaporación consiste en recurrir a las superficies respiratorias. Por eso, el mecanismo utilizado por estas aves para disipar calor cuando la temperatura ambiental alcanza valores muy altos consiste en jadear, igual que hacen los perros y otros mamíferos. También los avestruces elevan la frecuencia de jadeo cuando necesitan refirgerarse, pero lo hacen a un ritmo muy inferior al que vimos aquí en su día en los canes. La frecuencia de movimientos respiratorios pasa en los avestruces de 5 a 45 min^-1 cuando necesitan disipar calor por evaporación. Además, ese es el mecanismo que les permite regular la temperatura cerebral, pues los capilares sanguíneos que irrigan los epitelios respiratorios conducen la sangre “fresca” directamente al cerebro

Hemoglobina de mamut

juanignacio — Fri, 20 May 2011 16:27:00 +0000

Los mamuts (del género Mammuthus) tenían un conjunto de características morfológicas muy adecuadas para hacer frente a las bajas temperaturas. Si los comparamos con los elefantes actuales, esas características son las más distintivas de los mamuts. Gracias a su grueso y oleaginoso pelaje, y a tener orejas y cola de pequeño tamaño, limitaban considerablemente la pérdida de calor.

Recientemente se ha dado a conocer otra característica de los mamuts relacionada con la temperatura, pero no se trata de una adaptación anatómica sino fisiológica. Cualquiera que esté leyendo estas líneas pensará, seguramente, que no es posible conseguir en la actualidad información de un mínimo fuste sobre el funcionamiento de un animal que se extinguió hace miles de años. Pero lo es. [¡Son las maravillas de la biotecnología!]

Han tomado el ADN de los restos de un mamut que había muerto hace aproximadamente cuarenta y cuatro mil años y lo han amplificado. De la cadena de ADN así obtenida, se han tomado los loci que codifican la hemoglobina y los han insertado en el genoma de bacterias de la especie Escherichia coli. De esa forma, las bacterias han transcrito el ADN y han sintetizado las cadenas peptídicas que conforman la molécula de hemoglobina. En definitiva, se han utilizado las bacterias para fabricar hemoglobina de mamut. Y con esa hemoglobina se han realizado después las determinaciones experimentales que se suelen hacer con la hemoglobina o cualquier otro pigmento respiratorio de otras especies o de seres humanos.

El grupo de investigación que hizo ese trabajo estaba especialmente interesado en la relación entre la función de la hemoglobina y la temperatura. Sabemos que la afinidad de un pigmento por el oxígeno disminuye al aumentar la temperatura. Por esa razón, a temperaturas bajas el oxígeno tiende a estar combinado con la hemoglobina, y eso podía resultar un gran inconveniente para los mamuts.

Los mamuts, como es lógico, eran animales homeotermos, mantenían constante la temperatura corporal. Pero como ya he señalado en más ocasiones, en un organismo animal la constancia térmica no suele ser total y menos si las condiciones ambientales son extremas. En las zonas cálidas puede variar a lo largo del día. Y en las frías, varía de unas partes a otras del cuerpo: las extremidades se enfrían, y a veces mucho, puesto que haría falta gastar demasiada energía para mantenerlas calientes. El ejemplo de los pingüinos es muy claro, ya que corren un gran riesgo de sufrir una pérdida de calor excesiva solo por andar por encima del hielo; por eso sus extremidades se mantienen cerca de 0 ºC, pero sin permitir que lleguen a congelarse. El caso del mamut no era seguramente tan extremo, pero es más que probable que las patas y la trompa se enfriasen bastante. Por ello, la hemoglobina tendría serias dificultades para ceder el oxígeno a los tejidos de esas extremidades, puesto que tendería a quedar combinado con ella por culpa de las bajas temperaturas.

Al analizar el proceso de combinación y liberación del oxígeno, han observado que la hemoglobina del mamut es diferente de la del elefante. La del mamut, a temperaturas bajas, se descarga de oxígeno en la misma medida que se descarga la hemoglobina de elefante a temperaturas altas. Y ello ocurre gracias a una pequeña diferencia molecular entre las hemoglobinas. Si no fuera por esa variación, el oxígeno pasaría de los pulmones a la sangre pero luego no sería cedido por la hemoglobina sanguínea a los tejios, sino que permanecería combinado con ella. Y de ese modo, los tejidos de las patas del mamut no serían capaces de metabolizar ningún sustrato energético para el que se requiriera oxígeno.

Una historia de cocodrilos

juanignacio — Tue, 05 Apr 2011 11:23:00 +0000

En la inmensa mayoría de los animales la principal fuente de calor corporal es el ambiente; esos animales son ectotermos. La excepción son las especies pertenecientes a solo dos clases (Aves y Mammalia) de un único filo, Chordata; los miembros de estas dos clases, con la excepción del topo desnudo, somos endotermos, esto es, la principal fuente de nuestro calor corporal es endógena: es nuestro metabolismo. El hecho de que la especie humana sea miembro de ese club tan exclusivo hace que a menudo nos olvidemos de la gran mayoría, pero de vez en cuando hay que acordarse de ellos; esta es una de esas ocasiones.

Los animales ectotermos disfrutan de una gran ventaja con respecto a los endotermos y es que a ellos les sale mucho más barato vivir. Porque eso de ser endotermo sale muy caro. Pero por otro lado, ser ectotermo también tiene sus contrapartidas. La actividad metabólica de los animales ectotermos depende de la temperatura, en cierto grado al menos. Es cierto que algunos disponen de mecanismos compensatorios, mediante los cuales pueden hacer que el gasto metabólico se independice, total o parcialmente, de la temperatura ambiental en un rango térmico determinado. Pero esa capacidad no es universal. Y que el metabolismo dependa de la temperatura tiene claras desventajas. Si hace demasiado frío, un ectotermo ve limitada su capacidad para moverse o desarrollar cualquier otra actividad, incluida la alimenticia. Y si sube la temperatura, gasta demasiada energía, porque a mayor actividad metabólica corresponde un mayor gasto. Tanto una cosa (menor actividad), como la otra (mayor gasto) pueden tener consecuencias negativas para su balance energético, y por ello, para sus posibilidades de crecer y reproducirse.

Hay animales ectotermos para los que la dependencia térmica del metabolismo puede generar problemas adicionales. Esto es lo que les pasa a los cocodrilos (Crocodylus johnstoni). Los cocodrilos, al sumergirse, han de hacer uso de las reservas de oxígeno (pulmones y pigmentos respiratorios) con las que cuentan y si las agotan mientras bucean, han de recurrir a la activación de las vías anaerobias del metabolismo. En el caso de los vertebrados, la vía anaerobia es la glucolisis, con conversión del piruvato en lactato. Es una vía ineficiente pero muy rápida, por lo que puede venirle bien a los reptiles que se sumergen si se les agota el oxígeno. El problema es que ese lactato ha de ser regenerado, bien convirtiéndolo en piruvato de nuevo, o bien utilizándolo para sintetizar glucógeno. Y para eso hace falta que puedan volver a respirar oxígeno, o sea, salir al exterior y, durante un tiempo al menos, no sumergirse.

Pues bien, resulta que los cocodrilos no tienen demasiado problema en invierno, pero quizás sí lo tengan en verano. Durante el verano, la temperatura corporal es 5 ºC superior a la del invierno. Las inmersiones en las que se emplea la mayor parte del tiempo durante el que los cocodrilos están sumergidos duran, en promedio, 15 min menos en verano que en invierno. Además, si las inmersiones estivales se prolongan más allá de los 40 min, el tiempo que han de permanecer sin sumergirse tras una inmersión aumenta de forma exponencial con el aumento de la duración del buceo. Muy probablemente, esa espera fuera del agua antes de la siguiente inmersión es necesaria para restaurar el nivel de oxígeno en los sistemas de almacenamiento y para retirar de las células musculares y de la sangre el lactato que se ha producido durante el buceo prolongado. En las inmersiones breves no hay problema, porque seguramente no llega a ser necesario el concurso de la vía anaerobia, pero en las prolongadas, cuanto más largas son, más lactato se acumula y, en consecuencia, más tiempo se necesita después para su reciclaje.

En invierno, aunque son más frecuentes las inmersiones de larga duración, no se alargan los tiempos en que permanecen los cocodrilos sin bucear. La razón más probable es que al ser menor la actividad metabólica por efecto de la temperatura (5 ºC inferior), no llega a producirse acumulación significativa de lactato en el músculo, por lo que no existe necesidad de reutilizarlo.

Todas estas cuestiones tienen evidentes implicaciones ecológicas, ya que la relación entre el metabolismo y la temperatura condiciona aspectos importantes de la biología de esta especie. Son aspectos que tienen que ver con la captura de presas y la obtención de alimento, ya que la inmersión tiene como objeto atrapar animales para comer. Por ello, también pueden tener implicaciones en lo relativo a las condiciones para su superviviencia y para el éxito en términos reproductivos.

Fuente: Hamish A. Campbell, Ross G. Dwyer, Matthew Gordos y Craig E. Franklin (2010): “Diving through the thermal window: implications for a warming world”. Proc. R. Soc. B (doi: 10.1098/rspb.2010.0902)

El truco del camaleón

juanignacio — Thu, 06 Jan 2011 21:38:00 +0000

En más de una ocasión me he ocupado aquí de animales homeotermos. Hemos visto las ventajas que comporta la homeotermia, así como sus desventajas: para poder mantener la temperatura corporal constante, necesitan producir y disipar una cantidad muy importante de energía. Pero de los poiquilotermos casi no me he ocupado, a pesar de que la mayoría de animales lo son. Sale mucho más barato ser poikilotermo que homeotermo, ya que no deben gastar energía para producir calor y poder así mantener su temperatura corporal constante. Se trata de una ventaja evidente. Pero el no mantener constante la temperatura corporal tiene sus contrapartidas. Al no mantenerla constante, la temperatura interna depende de la externa, con lo que la temperatura corporal varía a la vez que la temperatura ambiental. Y eso es algo que puede ser muy perjudicial para algunos animales, ya que el nivel de actividad que pueden mantener depende de la temperatura.

El efecto que ejerce la temperatura sobre la actividad animal puede ser muy importante. La velocidad de las reacciones químicas depende de la temperatura, por lo que todas las funciones basadas en reacciones químicas también dependen de la temperatura; es lo que ocurre con la contracción muscular, o con la absorción intestinal de nutrientes, por ejemplo. Por ello, las bajas temperaturas pueden limitar la capacidad de movimiento de los animales poikilotermos, algo que puede tener consecuencias de gran trascendencia; por ejemplo, para poder atrapar una presa hay que realizar algún tipo de movimiento, y lo mismo cabe decir cuando de lo que se trata es de huir de un depredador.

Se trata de una cuestión de tan importantes consecuencias potenciales, que muchos animales poikilotermos han desarrollado mecanismos para neutralizar, en cierta medida al menos, la dependencia térmica de la actividad. Esto es, han conseguido que el metabolismo, así como sus niveles generales de actividad dependan de la temperatura en un grado inferior al que cabría esperar si el efecto térmico consistiese únicamente en un efecto cinético directo sobre las reacciones químicas implicadas. Gracias a esa capacidad, el nicho ecológico de las especies puede ser algo más amplio de lo que sin ella hubiera sido, y esto es más importante en los animales terrestres, porque en los medios acuáticos, y sobre todo en el mar, los cambios térmicos son de menor amplitud y más graduales.

Aparte de esa capacidad para mitigar la dependencia térmica que exhiben numerosas especies animales, también hay especies que han desarrollado otras tácticas para compensar los efectos de esa “tiranía” térmica. Aquí veremos una de esas tácticas, un truco que han desarrollado los camaleones.

Los camaleones, como todos los reptiles vivientes, son poikilotermos, pero tienen un nicho ecológico muy amplio, máxime si los comparamos con los lagartos, a los que, por otra parte, tanto se asemejan. Los camaleones son depredadores de la modalidad “sit-and-wait”. Son de movimientos lentos, y además son extraordianriamente crípticos, porque se camuflan muy bien; gracias a esa capacidad sus presas potenciales no se percatan de su presencia. Y utilizan, además, un procedimiento de caza muy especial: la proyección balística de la lengua. Seguramente todos tenemos en mente imágenes de alguna proyección balística de la lengua de un camaleón, pues son imágenes muy habituales en documentales de televisión. La proyectan a gran velocidad; aunque su longitud puede llegar a duplicar la del cuerpo, pueden extender la lengua en 0’07 s (a una aceleración de 400 m s^-2). En la lengua tienen una sustancia adhesiva y allí quedan adheridos los insectos que atrapa. Ese es, en pocas palabras, el método de caza del camaleón.

Como he señalado antes, los camaleones tienen un nicho ecológico muy amplio, ya que son capaces de cazar en un intervalo amplio de temperaturas. Esa capacidad se debe a la naturaleza del movimiento de la lengua. Porque no es un movimiento muscular, sino que se debe a la extensión de los componentes elásticos de colágeno. Al parecer, la actividad muscular tiene el cometido de recoger, -podría decirse que el de enrollar-, la lengua; cuando se encuentra recogida, los componentes elásticos se encuentran contraídos y al proyectarse hacia una presa, se libera la tensión que se había generado al recogerse. En cierto modo, es semejante al funcionamiento de una ballesta. Recoger la lengua es similar a armar la ballesta; en ambos casos hay que hacer un trabajo. Y luego, una vez que está armada, solo hay que soltarla cuando se desea.

Gracias al uso de ese mecanismo, la proyección de la lengua es muy poco dependiente de la temperatura: un descenso de 10 ºC solo provoca una reducción de entre un 10 y un 20% en la velocidad y potencia con que se proyecta la lengua, cuando si se hubiera basado en contracción muscular hubiera experimentado una reducción superior al 40% para ese mismo descenso térmico. Esto es, las temperaturas bajas no reducen en exceso la velocidad de proyección, pero sí la del posterior recogimiento. Claro que para cazar insectos, la clave está en el lanzamiento.

Este de los camaleones es un bonito truco. Gracias a él pueden vivir en zonas de temperaturas muy diversas y, además, pueden cazar desde muy temprano en la mañana en zonas frías. Y eso es algo que, por efecto del frío, les está vedado a otros reptiles.

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La regla de Bergmann

juanignacio — Fri, 12 Nov 2010 12:40:00 +0000

“Hacia el norte viven sobre todo especies grandes; las pequeñas viven más hacia el sur”. Esa frase, o una muy parecida escribió el biólogo aleman Karl Bergmann en 1847. También escribió estas otras dos frases: “si el tamaño fuera la única característica que diferenciase a dos especies, el factor que condicionaría su distribución geográfica sería, precisamente, el tamaño” y “si el único rasgo que diferencia a dos especies del mismo género es el tamaño, la de menor tamaño viviría en un clima más cálido”. De esa forma expresó Bergmann la regla que posteriormente sería conocida por su nombre.

No está nada claro cuáles son los factores que están en la base de la regla, pero hasta ahora el que más se ha utilizado para explicarla es el de la relación entre la regulación térmica y el tamaño de los animales. Se pensaba que los animales de pequeño tamaño tienen mayores dificultades que los grandes para vivir en lugares fríos porque tener una mayor superficie corporal en proporción a su masa. Por esa razón, los animales pequeños experimentan una mayor pérdida de calor que los grandes, -siempre en relación con su tamaño -, por lo que necesitan desarrollar una mayor actividad metabólica para poder mantener constante la temperatura corporal. No olvidemos, por otra parte, que para desarrollar una mayor actividad metabólica, es preciso utilizar más energía, razón por la que necesitarían obtener una mayor cantidad de recursos energéticos. Y de acuerdo con esa lógica, se puede explicar la menor presencia relativa de animales pequeños en altas latitudes.

Pero al parecer las cosas no están tan claras. Por un lado hay notorias excepciones. El elefante, sin ir más lejos, es una de ellas. Es el animal más grande sobre la superficie de la Tierra, y vive en zonas muy cálidas. También es cierto que necesita unas orejas de tamaño enorme para poder disipar el calor corporal bajo esas condiciones. Y por otro lado, y aunque hay algunas excepciones, la tendencia que define la regla de Bergmann también se ha observado en animales ectotermos.

De acuerdo con un trabajo publicado en febrero de 2010, la razón de la existencia de esa “norma” puede muy bien ser otra, independiente de las necesidades derivadas de la regulación térmica. De acuerdo con ese trabajo, las plantas de altas latitudes son más ricas, tienen un mayor valor nutricional, y esa sería la razón por la que los animales que viven en esas latitudes son de mayor tamaño. Para llegar a esa conclusión mantuvieron en el laboratorio ejemplares de las mismas especies a los que, por grupos, alimentaron con plantas de una y otra procedencia.

El lector se habrá percatado de que si me refiero a animales que comen plantas, habría que excluir a los carnívoros de este análisis. Sin embargo, no es necesario excluirlos, porque según los autores del trabajo, también a los animales carnívoros les acaba afectando la calidad del alimento de los herbívoros, ya que consumen presas de mayor tamaño.

Los investigadores que han propuesto esta nueva teoría no descartan, sin embargo, que otros factores, como el ya citado de las necesidades derivadas de la regulación térmica, puedan incidir también a la hora de perfilar la variación latitudinal observada. Lo que sostienen es que no hay que descartar que pueda haber más factores que el hasta ahora considerado.

Referencia: Chuan-Kai Ho, Steven C. Pennings, & Thomas H. Carefoot, “Is Diet Quality an Overlooked Mechanism for Bergmann’s Rule?” The American Naturalist 175:2 (Feb 2010).

Escrito en el Levítico (y también en el Corán)

juanignacio — Fri, 10 Sep 2010 18:33:00 +0000

“El cerdo, que divide la pezuña y no rumia, es inmundo para vosotros. No comeréis su carne ni tocaréis su cadáver; será inmundo para vosotros” (Levítico, 11).

“Di: ? “No encuentro en el Mensaje recibido por mí por inspiración ninguna carne prohibida para comerse a menos que sea carne muerta, o llena de sangre o la carne del marrano…” (Corán, 6: 145)

Los párrafos precedentes expresan la prohibición de comer carne de cerdo en el judaismo y en el islam. Se han solido dar dos razones para explicar el porqué de la prohibición recogida en el Levítico y en el Corán de comer carne de cerdo. Por un lado, se ha aducido que es una carne que suele tener parásitos muy peligrosos para las personas, como la triquina, por ejemplo. Y también se ha señalado que se deteriora con facilidad por efecto del calor. En los dos casos se trata de razones de índole sanitaria para justificar la prohibición.

El antropólogo estadounidense Marvin Harris tiene un punto de vista algo diferente. En su ensayo divulgativo “Good to eat” (1985) expuso una interesante (y atractiva) teoría para explicar las prohibiciones que han dictado las grandes religiones para prohibir el consumo de ciertos alimentos. A su parecer, si se prohibió un alimento en concreto es porque su consumo reportaba más inconvenientes que ventajas. Tanto a judíos como a musulmanes prohiben sus religiones el consumo de carne de cerdo; es más, los judíos no pueden tocar, y ni tan siquiera ver, la carne porcina. Y es el único alimento vedado a los musulmanes.

Según Harris, son razones ecológicas y económicas las que hay detrás de esas prohibiciones, y son razones que tienen que ver con las grandes necesidades de agua que tienen los cerdos para regular su temperatura corporal. El medio más adecuado para el cerdo es el arbolado húmedo de las orillas de los ríos. En ese medio encuentra raices, tubérculos y bellotas, que son los productos que componen su alimento preferido, y lo que es más importante, lugares en los que impregnarse de barro o mojarse.

Al parecer, la ecología de muchas zonas del oriente próximo ha experimentado grandes cambios a lo largo de la historia debido a la incidencia de la agricultura y la ganadería. La agricultura sustituyó el bosque húmedo por el terreno cultivado; luego esas tierras se convirtieron en pastizales y, finalmente, en terrenos baldíos y hasta en desiertos. En los terrenos secos y de vegetación escasa los animales que dan mejor rendimiento son rumiantes como cabras y ovejas. Comen plantas que son ricas en fibra y carbohidratos complejos difíciles de digerir y además, no necesitan demasiada agua. Los cerdos, sin embargo, no pueden digerir ese tipo de plantas; en realidad, los cerdos pueden consumir las mismas plantas que comemos los seres humanos. Y por otro lado, los cerdos pueden tener graves problemas térmicos en áreas secas y cálidas, puesto que necesitan mucho agua.

Como expliqué en la entrada titulada “Debía de hacer mucho calor en las trirremes”, cuando la temperatura ambiental está por encima de la temperatura corporal hay un único modo de refrigerar el organismo: evaporar agua en la superficies corporales. Los seres humanos, como otros mamíferos, nos valemos de la pérdida de calor que provoca la evaporación del sudor en nuestra piel, y otros mamíferos, o las aves, pierden calor por evaporación de los líquidos de las superficies respiratorias. Eso es lo que se trató, precisamente, en la entrada “Una de las dos cosas más frías del mundo”. Los cerdos no sudan, por lo que recurren al jadeo cuando se acaloran. Pero en lugares cálidos el jadeo no les resulta suficiente, por lo que deben recurrir a embadurnarse de barro o mojar todo su cuerpo para refrescarse. Al fin y al cabo, el agua y el barro cumplen la misma función que el sudor.

Por todo ello, resultaría muy caro criar cerdos en la mayor parte de los lugares del oriente próximo. Una vez desaparecido el bosque húmedo, no quedaron lugares en los que encontrar raíces, trufas o bellotas; así pues, hubiera habido que darles de comer lo mismo que comen las personas, por lo que competirían con los seres humanos por el alimento.

Y más limitante incluso que el alimento era el agua. Sin bosque húmedo los cerdos no disponían de enclaves idóneos para protegerse del calor. Necesitaban agua, pero en los lugares secos el agua es muy valiosa y tiende a reservarse para las personas. Así pues, también competirían con los seres humanos por el agua.

Según Marvin Harris, las prohibiciones del Corán y del Levítico de comer carne de cerdo fueron debidas a las grandes necesidades de agua que tienen los cerdos para poder regular su temperatura corporal. Quizás ese no fue el único factor, pero es muy posible que tuviera una gran importancia.

El mamífero más extraño del mundo

juanignacio — Fri, 13 Aug 2010 11:20:00 +0000

Bajo las áridas praderas de Somalia, Kenia y Etiopía vive la rata topo lampiña o ratopín rasurado (Heterocephalus glaber). Es, sin niguna duda, el mamífero más extraño del mundo, porque nos fijemos en el rasgo en que nos fijemos, no hay mamífero más raro que este roedor.

Como su propio nombre indica, estas ratas topo carecen de pelo. Tienen un aspecto muy extraño, aunque más que su aspecto, lo verdaderamente extraño es su estructura social. Son roedores excavadores que forman colonias, y viven y se reproducen como las termitas. En cada colonia hay una única hembra y ella es la que desarrolla toda la actividad reproductora. Y además de esa única hembra, están los machos, más pequeños, que son los que se ocupan de conseguir el alimento y de excavar las galerías. Son animales muy activos y trabajadores esos pequeños machos.

Como escribí aquí en la entrada sobre la heterotermia, la temperatura corporal de esta rata topo se mantiene constante, a 30ºC. Para ser un mamífero, se trata de una temperatura corporal extraordinariamente baja; lo que ocurre es que no es en absoluto baja si pensamos que la fuente de calor que la mantiene no es, como en el resto del resto de homeotermos, la actividad metabólica del individuo, sino el calor ambiental de las galerías. Así pues, es una animal ectotermo, pues su fuente de calor es externa, el ambiente, pero es homeotermo porque la temperatura corporal se mantiene constante. El estatus térmico de la rata topo lampiña es una excepción, por supuesto, excepción que según algunos investigadores está relacionada con la vida en galerías subterráneas. No obstante, en el África subsahariana viven otras siete ratas topo y todas ellas regulan su temperatura corporal basándose en la producción endógena de calor. Así pues, no parece que vivir bajo el suelo de las praderas africanas sea suficiente razón para explicar este extraño comportamiento térmico.

Por otro lado, hay otras diferencias entre esas especies de ratas topo, y son diferencias que tienen que ver con la disponibilidad de recursos. Ocurre que las colonias son de mayor tamaño cuanto menor es la disponibilidad de recursos alimenticios, y bajo esas conidciones también es mayor la cooperación entre los miembros de las colonias. Las ratas topo lampiñas viven en zonas muy pobres. Los suelos en los que excavan son muy áridos y los plantas que viven en esos parajes tienen tubérculos grandes, pero esos tubérculos se hallan muy dispersos. Por ello, es difícil encontrar tubérculos, pero a cambio, cuando se encuentra un tubérculo hay más comida en él. Hay que tener en cuenta, además, que cavar es una actividad muy costosa, para la que se requiere un alto gasto de energía.

La rata topo lampiña ha desarrollado un comportamiento y una fisiología que le permiten adaptarse a unas condiciones ambientales extremas. Dado que encontrar un tubérculo es muy difícil, el riesgo de morir de hambre sería muy alto si cada individuo se dedicase a buscar el alimento por su cuenta. Por ello, dado que comparten el alimento que encuentran, la mejor estrategia consiste en formar colonias grandes, puesto que esa es la manera de asegurar, a todos los individuos de la colonia, un suministro de alimento regular, aunque no sea mucho. Al fin y al cabo, en una estructura social como esta, y con una única hembra reproductora, es la continuidad del grupo lo que ha de garantizarse, no la de los individuos por separado.

Por otra parte, la única forma de que haya numerosos individuos en la colonia es que sean de pequeño tamaño, puesto que no puede ser que muchos sean, además, grandes. Eso, no obstante, tiene el problema de que los animales pequeños tienen una tasa metabólica más alta que los animales grandes, por lo que quizás la ectotermia y la baja temperatura corporal constituyen una adaptación para compensar el mayor gasto metabólico que se deriva del pequeño tamaño de los individuos. Está claro que un animal que no tiene que aportar calor para regular su temperatura corporal ha de gastar mucha menos energía que el que sí lo ha de hacer. Al fin y al cabo, los animales que más energía gastan en mantener su actividad metabólica son los endotermos de pequeño tamaño, pues combinan las dos principales condiciones que provocan un alto gasto. En este caso, el tamaño es una espada de doble filo: por un lado, pueden ser numerosos porque son pequeños y eso ayuda a encontrar los tubérculos escasos, pero por el otro, corren el riesgo de gastar en exceso, también por ser pequeños. Así pues, como no pueden renunciar a ser pequeños, a lo que renuncian es a la endotermia, con el importante ahorro energético que ello supone, y eso sí se lo pueden permitir por vivir en un medio térmicamente muy estable y a una temperatura ambiental relativamente alta.

Para terminar voy a referirme a una última rareza de esta especie. Viven muchos años, bastantes más que otros roedores, puesto que, en promedio, alcanzan los 30 años de vida. Y junto a esto, el ratopín rasurado es, al parecer, el único mamífero que no padece cánceres. La ocurrencia de esos dos rasgos es asombrosa, sobre todo porque se produce de forma simultánea. No sería tan extraño que un animal de corta vida no tuviese tumores; al fin y al cabo puede pensarse que se necesita algún tiempo para poder desarrollarlos. Pero es asombroso que transcurran 30 años sin que desarrollen cánceres, porque es un plazo de tiempo más que suficiente para ello.

Se desconoce la razón de ese hecho pero, como es normal, ha despertado el interés de los investigadores, puesto que esta especie puede ofrecer claves para encontrar algún mecanismo que sirva para combatir la enfermedad. Hasta hora, los modelos animales más utilizados en estudios sobre cáncer han sido la rata de laboratorio y el ser humano. La rata de laboratorio es una animal pequeño y de corta vida; los seres humanos somos grandes y de larga vida. Pero la rata topo lampiña es pequeña y de larga vida, y puede que en esa combinación esté la clave de la ausencia de tumores cancerosos en esta especie.