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Curso: Biología avanzada (AP Biology) > Unidad 8
Lección 2: Flujo energético a través de los ecosistemas- La tasa metabólica
- Endotermos y ectotermos
- Estrategias de regulación de la temperatura
- Estrategias de historias de vida
- Flujo de energía y materia a través de los ecosistemas
- Cadenas alimenticias y redes tróficas
- El impacto de los cambios en las pirámides tróficas
- Flujo energético a través de los ecosistemas
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Estrategias de regulación de la temperatura
Cómo el comportamiento, la anatomía y la fisiología ayudan a los animales a regular su temperatura corporal.
Puntos más importantes
- Muchos animales regulan su temperatura corporal mediante el comportamiento, como buscar el sol o la sombra, o amontonarse para compartir calor.
- Los endotermos puede alterar la producción de calor metabólico para mantener la temperatura corporal usando termogénesis con o sin temblor.
- La vasoconstricción —reducción— y la vasodilatación —expansión— de los vasos sanguíneos que van a la piel puede alterar el intercambio de calor de un organismo con el medio ambiente.
- Un intercambiador de calor a contracorriente es un arreglo de vasos sanguíneos en los que el calor fluye de sangre más cálida a sangre más fresca, lo que suele reducir la pérdida de calor.
- Algunos animales usan aislamiento corporal y mecanismos de evaporación, como la sudoración y el jadeo, para regular la temperatura corporal.
Introducción
¿Por qué las lagartijas toman el sol? ¿Por qué las liebres tienen enormes orejas? ¿Por qué los perros jadean cuando tienen calor? Los animales bastantes formas diferentes de regular su temperatura corporal. Estas estrategias de termorregulación les permiten vivir en diferentes ambientes, incluyendo algunos que son bastante extremos.
Los osos polares y los pingüinos, por ejemplo, mantienen una temperatura corporal alta en sus helados hogares en los polos, mientras que las ratas canguro, las iguanas y las serpientes de cascabel prosperan en el Valle de la Muerte, donde las altas temperaturas del verano ¡son mayores a
Veamos algunas estrategias de comportamiento, procesos fisiológicos y características anatómicas que ayudan a los animales a regular su temperatura corporal.
Mecanismos de termorregulación
Como recordatorio, los animales se pueden dividir en endotermos y ectotermos según la forma como regulan su temperatura.
- Los endotermos, como aves y mamíferos, usan el calor metabólico para mantener una temperatura interna estable, que generalmente es diferente a la ambiental.
- Los ectotermos, como las lagartijas y las serpientes, no usan calor metabólico para mantener su temperatura corporal, sino que adoptan la temperatura del ambiente.
Tanto endotermos como ectotermos tienen adaptaciones —características que surgieron por selección natural— que les ayudan a mantener una temperatura corporal saludable. Estas adaptaciones pueden ser conductuales, anatómicas o fisiológicas. Algunas adaptaciones aumentan la producción de calor en endotermos cuando hace frío. Otras, tanto en endotermos como en ectotermos, aumentan o disminuyen el intercambio de calor con el medio ambiente.
Vamos a revisar tres categorías de mecanismos de termorregulación en este artículo:
- Cambio en el comportamiento
- Aumento en la producción de calor metabólico
- Control del intercambio de calor con el medio ambiente
Estrategias conductuales
¿Cómo regulas tú tu temperatura corporal con el comportamiento? En un día caluroso, podrías ir a nadar, beber un poco de agua fría o sentarte a la sombra. En un día frío, podrías ponerte un abrigo, sentarte en un rincón acogedor o comer un plato de sopa caliente.
Los animales no humanos tienen comportamientos similares. Por ejemplo, los elefantes se rocían con agua para enfriarse en un día caluroso y muchos animales buscan la sombra cuando tienen demasiado calor. Por otro lado, las lagartijas suelen tomar el sol en una piedra caliente para calentarse y los polluelos de pingüino se reúnen en grupos para retener el calor.
Algunos ectotermos son tan buenos en el uso de estrategias conductuales para regular la temperatura que mantienen una temperatura corporal relativamente estable, a pesar de no utilizar calor metabólico para lograrlo.
Aumentar la producción de calor—termogénesis
Los endotermos tienen varias formas de aumentar la producción de calor metabólico, o termogénesis, en respuesta a ambientes fríos.
Una manera de producir calor metabólico es mediante la contracción muscular —como cuando tiemblas incontrolablemente cuando tienes mucho frío, por ejemplo. Los movimientos deliberados —como frotar tus manos o dar una caminata— y los temblores aumentan la actividad muscular, y estimulan así la producción de calor.
La termogénesis sin temblor proporciona otro mecanismo para producir calor. Este mecanismo depende de tejido graso especializado conocido como grasa marrón o tejido adiposo marrón. Algunos mamíferos, especialmente los animales que hibernan y las crías, tienen mucha grasa marrón. La grasa marrón contiene muchas mitocondrias con proteínas especiales que les permiten liberar energía de moléculas combustible directamente en forma de calor en vez de canalizarla para formar el acarreador energético ATP.
Para aprender más sobre cómo se libera la energía como calor en las células de grasa marrón, revisa la sección sobre proteínas desacoplantes en el artículo sobre fosforilación oxiativa.
Controlar la pérdida y ganancia de calor
Los animales también tienen estructuras corporales y respuestas fisiológicas que controlan cuánto calor intercambian con el medio ambiente:
- Mecanismos circulatorios, tales como la alteración de los patrones de flujo de sangre
- Aislamiento, como pelaje, grasa o plumas
- Mecanismos de evaporación, como el jadeo y la sudoración
Mecanismos circulatorios
La superficie corporal es el principal sitio de intercambio de calor con el ambiente. El control del flujo de sangre hacia la piel es una forma importante de controlar la velocidad con la que se pierde —o gana— calor del entorno.
Vasoconstricción y vasodilatación
En los endotermos, la sangre caliente del núcleo del cuerpo suele perder calor hacia el ambiente cuando pasa cerca de la piel. La reducción del diámetro de los vasos sanguíneos que irrigan la piel, un proceso conocido como vasoconstricción, reduce el flujo sanguíneo y ayuda a retener el calor.
Por otro lado, cuando un endotermo necesita liberar calor —como después de correr muy rápido para escapar de un depredador— estos vasos sanguíneos se vuelven más amplios, se dilatan. Este proceso se llama vasodilatación. La vasodilatación aumenta el flujo sanguíneo hacia la piel y ayuda a que los animales pierdan parte de su calor extra hacia el ambiente.
Los mamíferos con pelaje suelen tener redes especiales de vasos sanguíneos para el intercambio de calor que se ubican en zonas de piel desnuda. Por ejemplo, las liebres tienen esas enormes orejas con una extensa red de vasos sanguíneos para permitir una rápida pérdida de calor. Esta adaptación les ayuda a vivir en abrasadores ambientes desérticos.
Algunos ectotermos también regulan el flujo de sangre a la piel para conservar el calor. Las iguanas, por ejemplo, reducen el flujo de sangre hacia la piel cuando nadan en el agua fría para ayudar a retener el calor que absorbieron en tierra.
Intercambio de calor a contracorriente
Muchas aves y mamíferos tienen intercambiadores de calor a contracorriente, adaptaciones circulatorias que permiten que el calor se transfiera de los vasos sanguíneos que contienen sangre caliente hacia los que contienen sangre más fría. Para ver cómo funcionan, veamos un ejemplo.
En la pierna de un ave que vadea, la arteria que desciende por la pierna lleva sangre caliente del cuerpo. La arteria se encuentra justo al lado de una vena que lleva sangre fría del pie. La sangre caliente que desciende pasa gran parte de su calor a la sangre fría que asciende por conducción. Esto significa que se pierde menos calor en el pie debido a que la diferencia de temperatura entre la sangre enfriada y los alrededores es menor y que la sangre que regresa al núcleo del cuerpo será relativamente caliente, lo que evita que el núcleo se enfríe.
Aislamiento
Otra manera de minimizar las pérdidas de calor hacia el ambiente es mediante aislamiento. Las aves utilizan plumas y la mayoría de los mamíferos usan pelo o pelaje para capturar una capa de aire cerca de la piel y reducir la transferencia de calor con el medio ambiente. Los mamíferos marinos como las ballenas usan una gruesa capa de grasa, como una forma de aislamiento de alta resistencia.
En tiempo de frío, las aves esponjan sus plumas y animales erizan su pelaje para engrosar la capa de aislamiento. La misma respuesta en personas —escalofríos— no es tan efectiva debido a nuestro limitado vello corporal. ¡Por eso la mayoría de nosotros usa un suéter!
Mecanismos de evaporación
Los animales terrestres suelen perder agua por su piel, boca y nariz mediante evaporación hacia el aire. La evaporación absorbe calor y puede actuar como un mecanismo de enfriamiento.
Por ejemplo, muchos mamíferos pueden activar mecanismos como sudoración y jadeo para incrementar el enfriamiento por evaporación en respuesta a una alta temperatura corporal.
- Al sudar, glándulas en la piel liberan agua que contiene diversos iones —los "electrólitos" que reponemos con las bebidas deportivas—. Solo los mamíferos sudan.
- Al jadear, un animal respira rápida y superficialmente con la boca abierta para aumentar la evaporación en las superficies de la boca. Mamíferos y aves jadean, o al menos utilizan estrategias similares de respiración enfriarse.
En algunas especies, como los perros, el enfriamiento por evaporación del jadeo en combinación con un intercambiador de calor a contracorriente ¡ayuda a prevenir que el cerebro se sobrecaliente!
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