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.]

Photo: copyright Roberta Olenick www.neverspook.com

Las liebres (Lepus) del desierto de Arizona tienen orejas de gran tamaño. Disipan calor a través de las orejas. Son orejas muy vascularizadas; esto es, tienen una tupida red de vasos sanguíneos, hasta el puento de que son, por ello, de color rosáceo. Las orejas de Lepus cumplen la misma función que las de los elefantes; son, en la práctica, verdaderos radiadores auriculares.

En cierto modo es sorprendente que las liebres deban recurrir al mismo procedimiento que los elefantes. Como ya expliqué en su día, los elefantes africanos necesitan la gran superficie que aportan las orejas para poder disipar todo el calor corporal que produce su metabolismo. Si la producción de calor de los elefantes fuese proporcional a su superficie corporal de un modo similar a como lo es en animales de menor tamaño, no necesitarían elementos adicionales, pero su tasa metabólica es, en proporción a su tamaño, demasiado alta. Por eso necesitan esos “radiadores” anatómicos, para disipar el calor que no se elimina a través de la superficie del cuerpo.

Como resulta evidente, las liebres son de mucho menor tamaño que los elefantes. Así pues, el argumento que vale para los elefantes no debiera valer para explicar que las orejas de las liebres del desierto de Arizona sean tan grandes. Quizás ese tamaño auricular es debido a que las condiciones del desierto de Arizona son muy rigurosas, sobre todo en verano. Además, la liebre tiene un modo de vida muy activo; por ello, su propia producción de calor es, seguramente, demasiado alta, -a pesar de tratarse de animales de pequeño tamaño-, como para poder ser eliminado sin estructuras auxiliares adicionales. Por otro lado, al contrario de lo que hacen otros mamíferos de pequeño tamaño, estas liebres no desarrollan comportamientos orientados específicamente a evitar la ganancia de calor. Los conejos, por ejemplo, se refugian en huras y madrigueras cuando aprieta el calor, y lo mismo hacen las ratas canguro. Las liebres, a lo más que llegan es a aprovechar las pocas zonas de sombra que hay a su alcance en el desierto.

Cuando la temperatura sube en exceso (por encima de los 40ºC), las orejas no son de ayuda en absoluto. Por el contrario, bajo esas condiciones en vez de perder calor lo ganan a través de las orejas, razón por la que limitan la circulación sanguínea al mínimo imprescindible, y al menos por esa vía, es mínima la cantidad de calor que ganan.

Mantener la cabeza fría, en sentido figurado, es importante, por supuesto, pero lo es aún más mantenerla, realmente, por debajo de 41ºC. Por encima de ese valor, el cerebro de cualquier animal, incluido el ser humano, sufre graves daños. En condiciones normales los animales homeotermos mantenemos la temperatura de ciertos órganos -cerebro incluido- dentro de límites muy estrechos, pero ciertos patógenos, el ejercicio físico o la temperatura ambiental pueden conducirnos a condiciones hipertérmicas.

En los Estados Unidos, desde 1995 hasta hoy han fallecido 40 jugadores de fútbol (americano, por supuesto), víctimas de un golpe de calor mientras jugaban. En todos los casos, las muertes se produjeron bajo condiciones de alta temperatura ambiental y gran humedad, esto es, bajo las peores condiciones posibles para disipar el calor producido como consecuencia del intenso ejercicio físico. Como es sabido, los jugadores de fútbol protegen su cabeza con un casco, y la protección incluye una porción relativamente alta de la propia faz. De ese modo es difícil que se disipe el calor a través de la cabeza, y esa es la razón por la que en casos extremos sobreviene la muerte.

Precisamente por esa razón, los jugadores han empezado a probar unos cascos especiales fabricados por la empresa Hothead Technology, de Atlanta. Esos cascos portan un sensor térmico que mide de forma permanente la temperatura de la cabeza del jugador y, mediante un dispositivo de comunicación inalámbrica, remiten esa información al ordenador o la PDA del entrenador. El dispositivo está diseñado de forma que según se aproxima la temperatura a un valor crítico, aumenta la frecuencia a la que realiza mediciones, y cuando supera un valor establecido previamente, empieza a emitir señales acústicas de alarma.

Está claro que es fundamental mantener el cerebro refrigerado y lo cierto es que los mamíferos contamos con buenos instrumentos para ello, pero la efectividad de esos instrumentos tienen sus límites. Cuando se sobrepasan esos límites se sobrepasa el límite que hay entre la vida y la muerte. En algunas ocasiones ocurre.

La capacidad de la gacela Thomson para mantener la cabeza a una temperatura segura mientras el resto del cuerpo se calienta bastante por encima de esa temperatura no es ninguna excepción; muchos mamíferos y aves son capaces también de realizar eso que los anglosajones denominan “selective cooling” (enfriamiento selectivo). La mayor parte de los que tienen esa capacidad la basan, como las gacelas, en un sistema de “rete mirabile” e, incluso, durante años se ha pensado que ese era el único sistema que podían utilizar los homeotermos con ese fin.

El fisiólogo polaco Michael Caputa, sin embargo, en una revisión publicada hace seis años, sostiene que no es imprescindible contar con un sistema de intercambio de calor como ese para realizar la “refrigeración selectiva” del cerebro y, por otro lado, el tener una “rete” no asegura que se pueda realizar tal refrigeración. De hecho, hay mamíferos, como el camello, que a pesar de tener una red carotídea muy desarrollada, tienen una capacidad muy limitada para enfriar de forma selectiva su cerebro y sin embargo, la del perro, a pesar de no estar muy desarrollada, es muy eficiente.

Por otra parte, las aves, en lugar de la red carotídea, utilizan una red oftálmica con el mismo propósito. Entre éstas las hay con una “rete” muy simple y de capacidad limitada para refrigerar el cerebro (diamante mandarina, p. ej.). Pero del mismo modo, también las hay con capacidad de enfriamiento selectivo y que carecen de red alguna, como el colibrí.

Así pues, no es preciso contar con una red que funciona como intercambiador de calor para poder enfriar el cerebro. De hecho, tal y como explica Caputa, en vez de enfriar la sangre arterial, hay otro modo de mantener el cerebro a temperatura inferior a la del resto del cuerpo, que es el que se ha encontrado en algunos mamíferos y que consiste en que sea la sangre venosa la que lo enfríe directamente. Con ligeras variantes ese el mecanismo empleado por conejos, cobayas y ratas. Al parecer, en caso de hipertermia se envía más sangre venosa al cerebro. Esa sangre venosa se ha enfriado al pasar por las superficies nasales, desde donde se disipa calor hacia el exterior.

De acuerdo con Caputa, es muy posible que el mismo mecanismo opere en los seres humanos para proteger nuestro cerebro de la hipertermia. No se ha confirmado experimentalmente esta hipótesis, ya que no se ha medido nunca la temperatura del cerebro de individuos sanos con hipertermia, pero sí se dispone de evidencias indirectas en ese sentido. En todo caso, y tal y como podemos comprobar en cada verano, no en todos los casos resultan eficaces estos mecanismos.

Muchos mamíferos de zonas frías hibernan. De abril a septiembre mantienen un modo de vida normal pero a partir de septiembre, en algún momento, se recluyen en su madriguera, bajan la temperatura corporal, reducen su metabolismo a un mínimo, y dejan de desarrollar actividad muscular. Eso es lo que hacen los mamíferos que hibernan. Gracias a todo ello ahorran mucha energía, que es de lo que se trata, ya que en esas zonas suele escasear el alimento en invierno y sale muy caro, -desde el punto de vista energético-, mantener el cuerpo caliente y a temperatura constante. Hay que aclarar, no obstante, que durante el periodo de hibernación, en ciertas ocasiones y con una periodicidad determinada, despiertan para volver enseguida a la condición de mínimo nivel metabólico. Se desconocen las razones por las que se producen esos fugaces despertares, pero deben de ser razones muy poderosas, puesto que conllevan elevaciones significativas del gasto energético, hasta el punto de que dos terceras partes del gasto que se produce durante la hibernación ocurre debido a esos breves episodios.

Los animales , para poder hibernar, han de disponer de grasa parda, y sabemos que no todos los mamíferos contamos con ese tipo de tejido graso. De hecho, la grasa parda cumple una función importante, puesto que es ella la fuente de calor durante los despertares fugaces a que he hecho mención en el párrafo anterior. Como vimos en la entrada anterior, la función de ese tipo de grasa es la de generar calor, y en los bebés recién nacidos sustituye en esa tarea a otras actividades termogénicas que los bebés no son capaces de realizar.

Un aspecto importante de esa modalidad de tejido graso se refiere a su ubicación anatómica. Algunos acúmulos de grasa parda se disponen rodeando a las principales arterias del organismo; de esa forma, el calor que genera cuando desempeña su función termogénica llega rápidamente, por medio de la sangre, a los pulmones, el corazón y el cerebro, esto es, a los órganos vitales más importantes.

Además de contar con grasa parda, otra característica común a los animales que hibernan es su pequeño tamaño. Esta afirmación seguramente chocará, pues todos tenemos en la cabeza a los osos, que son animales de gran tamaño. Y lo cierto es que, en contra de la creencia popular, los osos, técnicamente, no hibernan; lo que hacen es desarrollar una hipotermia superficial, que no es lo mismo, aunque pueda parecerlo. El animal de mayor tamaño que hiberna es la marmota alpina, que con sus cinco kilos de peso, se encuentra muy lejos de las grandes masas propias de los osos.

Como antes he señalado, la razón de la hibernación es el ahorro energético que conlleva. Pero ocurre que cuanto mayor es un animal, menor es la cantidad de energía que ahorran al hibernar, ya que existe una relación inversa entre ambas variables, cantidad de energía que se ahorra y masa corporal. La tasa metabólica de los animales pequeños es muy alta (1) a niveles normales de actividad, pero cuando hibernan esa dependencia con el tamaño es mucho menor; esto es, en estado de hibernación la tasa metabólica no se reduce tanto al aumentar el tamaño de los animales como lo hace cuando la actividad es la normal.

Veamos una comparación. La tasa metabólica normal de un murciélago de 20 g viene a ser del orden de 6 ml O₂ g^-1 h^-1, mientras que se reduce a 0’03 ml O₂ g^-1 h^-1 cuando se encuentra en estado de hibernación. Por lo tanto, hay una gran distancia entre ambas, por lo que el ahorro que se produce al hibernar es de gran importancia. Por su parte, la tasa metabólica normal de una marmota alpina de 5 kg ronda los 0’5 ml O₂ g^-1 h^-1, mientras que se reduce a 0’02 ml O₂ g^-1 h^-1 en estado de hibernación. Así pues, el ahorro energético es muy inferior en este segundo caso. Recordemos de nuevo que la marmota alpina es el mamífero hibernante de mayor tamaño. Pues bien, en un hipotético animal de mayor tamaño que hibernase el ahorro llegaría a anularse, algo que en parte es debido al alto coste energético que conllevan los despertares fugaces dentro del periodo de hibernación.

Así pues, la hibernación no sería un buen negocio para animales de masa superior a los 5 kg. No, los osos no hibernan, y está clara la razón por la que no lo hacen: son demasiado grandes.

El metabolismo es la principal fuente de calor de todos los animales homeotermos. Sin esa fuente no serían capaces de mantener constante la temperatura corporal, no al menos en los valores característicos de la gran mayoría. La producción de calor se deriva de la actividad metabólica global, pero algunos homeotermos disponen de un tejido especial cuyo cometido específico consiste en producir calor. Ese tejido es la denominada “grasa parda”.

La grasa parda y la grasa blanca son los dos tipos de tejido graso con que cuentan los mamíferos; son muy diferentes. La grasa blanca puede desempeñar diferentes funciones, dependiendo de su composición y su localización, pero tratándose de un compuesto con un alto contenido energético, su cometido principal es el de actuar como principal reserva energética.

La grasa parda, por el contrario, tiene una única función, la de producir calor. En las células que forman el tejido de la grasa parda hay lípidos, por supuesto, pero junto a los lípidos hay mitocondrias, muchas mitocondrias, y hay además una alta densidad de capilares sanguíneos. Que en los adipocitos (células llenas de lípidos) que conforman la grasa parda haya muchas mitocondrias y que en el tejido haya abundantes vasos sanguíneos quiere decir que se trata de un tejido metabólicamente muy activo. Lo curioso es que esa alta actividad metabólica no se traduce en la realización de ningún trabajo, ni biológico ni físico. Desde ese punto de vista, se trata de un tejido “inútil”. Pero produce calor; es esa su única función.

Como es bien sabido, el objeto y la consecuencia principal del catabolismo de sustratos energéticos es producir adenosina trifosfato (ATP). Como sus enlaces fosfato contienen mucha energía química, pueden desempeñarse un buen número de actividades (contracción del músculo, transporte de sales, síntesis de proteínas, absorción de nutrientes y otras) haciendo uso de dicha energía. Sin embargo, en la grasa parda no se produce ATP como consecuencia del catabolismo de los lípidos que contiene; en los adipocitos de este tejido el catabolismo de los sustratos y la vía de producción de ATP se hallan desacopladas. Eso ocurre debido a la acción de una proteína desacopladora (UCP), también denominada termogenina.

La grasa parda cumple una función esencial en los mamíferos que hibernan, aunque el asunto de la hibernación lo dejaremos para otra ocasión. Y en los mamíferos recién nacidos también cumple un papel de gran importancia. De hecho, el calor producido por el catabolismo lipídico es imprescindible para compensar las pérdidas de calor que sufren y mantener así el balance térmico estable.

En los bebés recién nacidos la grasa parda puede representar un 5% de la masa corporal. Al ser de tamaño tan pequeño tienen una superficie corporal muy grande con relación a su volumen (o masa), por lo que, comparativamente, pierden mucho más calor que los individuos grandes; además, tienen una cabeza de gran tamaño (también en relación con su masa) y como es sabido, la cabeza es la parte del cuerpo por donde más calor se pierde. Por si todo esto no fuera suficiente, debido al insuficiente desarrollo del tejido muscular, no son capaces de tiritar ni de realizar ningún otro tipo de contracción muscular efectiva. Así pues, los bebes tienen muy buenas razones para disponer de un tejido específico para producir calor.

Luego, al crecer, adquieren la capacidad de tiritar y de contraer la musculatura general con eficiencia, y junto con eso, van perdiendo la grasa parda. O al menos, eso es lo que pensábamos antes. Porque resulta que hace poco se ha descubierto que algunas personas adultas no han perdido toda su grasa parda. Se desconoce la razón por la que unos la han perdido y otros no, pero los investigadores que se han ocupado de esta cuetión han hecho una interesante observación: quienes no han perdido la grasa parda están más delgados que los demás. Lo más probable es que gracias al metabolismo que desarrolla esa grasa, una parte de la energía absorbida se disipe en forma de calor, razón por la que no se deposita en los tejidos.

Cabe decir a este respecto que ya se han empezado a valorar las posibilidades del uso de la grasa parda como método de adelgazamiento. Para ello, se requiere analizar la viabilidad y consecuencia de la eventual implantación de grasa parda a las personas que carecen de este peculiar tejido termogénico.

En el pasado, había zoólogos que pensaban que el pelaje de los osos polares era blanco. Creían que de esa forma minimizan la pérdida de calor. A su juicio, las pieles blancas perdían menos calor que las pieles oscuras. Pero estaban en un error, porque la mayor parte del calor se pierde mediante radiación infrarroja y esa radiación no depende en absoluto del color del pelaje. Esto es, pierden el mismo calor los animales de piel clara y los de piel oscura.

Y sin embargo, no ganan calor del mismo modo unos y otros. De hecho, los de piel oscura ganan más calor que los de piel clara. Sabemos por propia experiencia que la ropa negra puede resultar excesivamente calurosa en un día soleado. Por eso, podría pensarse que con el frío que hace en los polos, a los mamíferos que allí habitan les hubiese resultado más ventajoso contar con una piel oscura y sin embargo, los osos polares son blancos.

Por eso, enseguida nos surge la pregunta: ¿Por qué es blanco el pelaje de esos osos? Pues bien, esa cuestión tiene una respuesta doble. La primera respuesta es que la piel, -lo que propiamente dicho es piel-, es negra, aunque el pelaje no lo sea. No lo parece, pero por lo visto, así es. Los pelos del oso son transparentes, aunque parezca que son blancos. Parecen blancos, como ocurre con la nieve, porque la luz, al atravesar unas estructuras que de suyo son transparentes, provoca ese efecto. Según los investigadores que se han ocupado de esta cuestión, la luz llega hasta la piel, gracias precisamente a que los pelos son transparentes y no debe olvidarse, además, que la piel es oscura, por lo que recibe más calor que si fuera clara. Por otra parte, la apariencia blanca de la piel representa también una ventaja, pues permite a estos osos mimetizarse con el entorno blanco en el que se desenvuelven.

Antes de cerrar esta entrada quiero traer aquí un trabajo que se acaba de publicar en la revista PNAS , en el que informan de los resultados de la secuenciación de ADN mitocondrial extraído de un hueso de mandíbula de oso polar datado en unos 130.000 años. La conclusión a la que llegan los autores del trabajo es que el oso polar se había diferenciado de la línea del oso pardo muy poco tiempo atrás, unos 20.000 años antes. Por lo tanto, de ser cierta esa estimación, el oso polar tendría unos 150.000 años de historia como especie diferente del oso pardo. Es realmente muy poco tiempo, menos incluso que el de historia de nuestra especie. E impresiona pensar que en tan poco tiempo pudiese llegar a convertirse en el último eslabón de la cadena trófica de todo un ecosistema. Con toda seguridad una parte importante de su éxito se debió a su pelaje.

Aquí podemos ver a una osa polar al salir con sus dos crías del letargo invernal: