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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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La tasa metabólica
Metabolismo de endotermos y ectotermos. Tasa metabólica basal y tasa metabólica estándar. Cómo la tasa metabólica varía con el nivel de actividad y el tamaño del cuerpo.
Puntos más importantes:
- El metabolismo es ineficiente y produce calor. Los endotermos usan el calor metabólico para mantener una temperatura corporal estable, mientras que los ectotermos no.
- La tasa metabólica "de referencia" de un animal se mide como tasa metabólica basal (TMB) en los endotermos o como tasa metabólica estándar (TMS) para los ectotermos.
- Entre los endotermos, los animales más pequeños tienden a tener tasas metabólicas basales más altas por gramo (un metabolismo "más caliente") que animales más grandes. Lo mismo ocurre entre ectotermos, aunque no es posible comparar entre los grupos.
- La tasa metabólica varía con el nivel de actividad. Animales más activos tienen una tasa metabólica mayor que animales menos activos.
- Algunos animales entran en un estado de letargo en el cual se frena su metabolismo. La hibernación en el invierno y la estivación en el verano son formas de letargo.
Introducción
Tal vez tengas la costmbre de pensar en el metabolismo en términos de patrones de alimentación humanos. Por ejemplo, una persona que tiene que comer constantemente para evitar perder peso puede decir que tiene un "metabolismo rápido", mientras que una persona que come solo un poco y aun así gana peso puede decir que tiene un "metabolismo lento".
Sin embargo, el metabolismo no es algo exclusivo de los seres humanos. De hecho, cuando consideras bien las cosas, el metabolismo simplemente se refiere a la suma de las reacciones bioquímicas que ocurren en el cuerpo de un organismo. Por lo tanto, cada ser vivo tiene un metabolismo, ¡desde una bacteria, hasta una planta, e incluso tú mismo!
¿Exactamente qué es la tasa de metabolismo de un organismo? En términos generales, la tasa metabólica se refiere a la velocidad en que los combustibles (como los azúcares) se degradan para mantener activas las células de un organismo. Existen diferencias generales en la tasa metabólica entre especies, y factores como las condiciones ambientales y el nivel de actividad de un organismo específico también afectarán su tasa metabólica.
En este artículo, veremos de cerca los conceptos básicos del metabolismo y veremos cómo la tasa metabólica puede variar entre especies y según las circunstancias.
Metabolismo y producción de calor
Probablemente no sea nuevo para ti que los animales (como los humanos) necesitan alimento como fuente de energía. Pero, ¿por qué ocurre esto?
Las moléculas en tu desayuno, almuerzo o cena tienen energía almacenada en sus enlaces químicos. Algunas de las reacciones metabólicas de tu cuerpo, como las que conforman la respiración celular, extraen esta energía y capturan parte de ella como trifosfato de adenosina (ATP por sus siglas en inglés). Esta molécula que transporta energía, a su vez, puede usarse para realizar otras reacciones metabólicas que mantienen a las células funcionando.
Las moléculas de los alimentos también se utilizan como piezas de construcción para las estructuras de tu cuerpo. Por ejemplo, las proteínas de los alimentos se descomponen en sus componentes (aminoácidos) y pueden utilizarse para construir nuevas proteínas en tus propias células. Si comes más alimentos de los necesarios para reponer la energía que utilizas, la energía del alimento también puede almacenarse como glucógeno (una cadena de moléculas de glucosa unidas) o triglicéridos (moléculas de grasa) para su uso posterior.
La tarea de extraer energía de moléculas de combustible y usarla para realizar reacciones celulares no es un proceso completamente eficiente. De hecho, ninguna transferencia de energía puede ser completamente eficiente, eso es una ley física fundamental. En cambio, cada vez que la energía cambia de forma, cierta cantidad se convierte en una forma no utilizable. En las reacciones metabólicas de un animal, gran parte de la energía almacenada en moléculas combustibles se libera como calor.
¡Esto no es necesariamente algo malo! Algunos animales pueden utilizar (y regular) su producción de calor metabólico para mantener una temperatura corporal relativamente constante. Estos animales, llamados endotermos, incluyen a los mamíferos, como los seres humanos, y a las aves. Los ectotermos, por su parte, son animales que no utilizan la producción de calor metabólico para mantener una temperatura corporal constante. Por el contrario, su temperatura corporal cambia con la temperatura del medio ambiente. Los reptiles y las serpientes son ejemplos de ectotermos.
La tasa metabólica
La cantidad de energía que gasta un animal durante un período específico de tiempo se denomina su tasa metabólica. La tasa metabólica puede medirse en joules, calorías o kilocalorías por unidad de tiempo. También se puede expresar la tasa metabólica en función de oxígeno consumido (o dióxido de carbono producido) por unidad de tiempo. El oxígeno se consume en la respiración celular y el dióxido de carbono se produce como un subproducto, por lo que ambas mediciones indican cuánto combustible se quema.
En algunos casos, se indica la tasa metabólica para el animal entero. En otros casos, se indica la tasa metabólica por masa, por ejemplo, cuánta energía utiliza
La tasa metabólica "de referencia" de un animal se mide como tasa metabólica basal (TMB) en los endotermos o como tasa metabólica estándar (TMS) para los ectotermos. La TMB y la TMS son mediciones de la tasa metabólica en animales que se encuentran en reposo, tranquilos/sin estrés y que no digieren alimentos activamente (en ayunas).
- Para una endotermo, la TMB se mide también cuando el animal está en un ambiente con temperatura neutra, es decir, uno donde el organismo no gasta energía extra (por encima de su mínimo) para mantener la temperatura.
- Para un ectotermo, la TMS variará con la temperatura, por lo que cualquier medición de TMS es específica de la temperatura a la que se toma.
Los endotermos tienden a tener altas tasas de metabolismo basal y altas necesidades energéticas, debido a que deben mantener una temperatura corporal constante. Los ectotermos de tamaño similar suelen tener una tasa metabólica estándar y requerimientos de energía mucho menores, a veces de
¿Qué pasa con los seres humanos? Un ser humano adulto de sexo masculino típicamente tiene una TMB de
Requerimientos de energía en relación al tamaño del cuerpo
¿Cuál tiene una tasa metabólica basal más grande: un ratón o un elefante? Si nos fijamos en el índice metabólico de todo el organismo, el elefante va a ganar ya que hay mucho más tejido que metaboliza en un elefante que en un ratón. Sin embargo, la situación cambia al analizar la tasa metabólica por masa. ¡Un gramo de tejido de ratón metaboliza más de
Curiosamente, esta es una relación muy general en la naturaleza. Entre los endotermos (animales que utilizan el calor del cuerpo para mantener una temperatura interna constante), a menor masa del organismo, mayor probabilidad de que su metabolismo basal sea mayor. La relación entre masa y tasa metabólica se mantiene en muchas especies e incluso obedece una ecuación matemática específica.
¿Por qué pasa esto? La respuesta corta es que ¡no lo sabemos con seguridad! Parte de la explicación puede deberse a la relación entre superficie y volumen de los animales y cómo esta varía con el tamaño. Así como una pequeña célula tiene una mayor superficie en relación a su volumen que una célula grande, de igual forma un animal pequeño tiene más superficie corporal en relación a su volumen de tejido con metabolismo.
Puesto que los animales intercambian calor con su entorno por las superficies de su cuerpo, los animales pequeños tienden a perder calor ante un ambiente más fresco con mayor velocidad que los animales grandes. Debido a esto, un animal más pequeño necesitaría más energía y una mayor tasa metabólica para mantener una temperatura interna constante (en un ambiente que está debajo de su temperatura corporal).
Sin embargo, probablemente esto no sea la explicación completa de la relación entre tasa metabólica y masa corporal. ¿Por qué no? Por un lado, la tasa metabólica de los ectotermos también tiende a escalar con la masa corporal al igual que en los endotermos
Requerimientos de energía en relación con los niveles de actividad
La tasa metabólica basal (TMB) o tasa metabólica estándar (TMS) es una medida de la tasa metabólica de un animal cuando está tranquilo, sin estrés ni excitación y no hace nada activamente. Yo no sé tú, pero la mayoría del tiempo, ¡esto no me describe!
Cuanto más activo sea un animal, más energía debe gastarse para mantener esa actividad y más alta será su tasa metabólica. Por ejemplo, un hámster que corre en su rueda como en la siguiente imagen tendría mayor tasa metabólica que un hámster similar que duerme en la esquina.
Esto es algo de la vida cotidiana con lo que los seres humanos están familiarizados. Por ejemplo, si pasas el día en una larga caminata o practicando deportes con tus amigos, es probable que te dé bastante hambre (lo que refleja que utilizaste una gran cantidad de energía y necesitas más combustible). Si, por otro lado, estás todo el día en la cama leyendo o viendo TV, probablemente te dé menos hambre porque usaste menos energía.
En un animal típico, el promedio de consumo de energía diario es mucho mayor que su TMB, entre
La tasa metabólica de un animal determina cuánta comida debe consumir para mantener su cuerpo con una masa constante. Si un animal no come suficientes alimentos para sustituir la energía que consume, perderá masa corporal (conforme el glucógeno, grasas y otras macromoléculas se queman como combustible). Por otro lado, si un animal come más alimentos de los que necesita para reemplazar la energía que utiliza, habrá energía química sobrante que el cuerpo almacena como glucógeno o grasa. Esto es el fundamento de la pérdida y ganancia de peso en los seres humanos, así como en otros animales.
Letargo, hibernación y estivación
Algunos animales disminuyen la velocidad de sus procesos metabólicos y reducen la temperatura de su cuerpo en respuesta a señales ambientales y entran en lo que se conoce como letargo. El letargo es un estado de menor actividad y metabolismo que permite a los animales sobrevivir condiciones desfavorables y/o conservar la energía.
El letargo puede usarse durante largos periodos. Por ejemplo, algunos animales entran en hibernación, un estado en el que baja la velocidad de su metabolismo y mantienen una temperatura corporal reducida durante el invierno. Algunas señales que causan que los animales entren en hibernación son la disminución de la temperatura y el acortamiento de los días
Diferentes animales tienen diferentes patrones de hibernación. Por ejemplo, la temperatura abdominal de una ardilla terrestre que hiberna puede bajar hasta
Algunos animales entran en un largo periodo de letargo durante los meses de verano, cuando hay altas temperaturas y poca agua. En este caso, el letargo extendido se llama estivación. Algunos animales desérticos entran en estivación como respuesta a condiciones secas; este cambio les ayuda a sobrevivir los meses más duros del año
El letargo también puede durar períodos cortos. El letargo diario puede ser esporádico, en respuesta a condiciones desfavorables, o puede repetirse en un patrón predecible. Por ejemplo, algunos endotermos pequeños como los lirones reducen la cantidad de energía que necesitan (y por lo tanto, el alimento que deben consumir) al entrar a un letargo durante la parte más fría del día, cuando de lo contrario tendrían que utilizar mucha energía para producir calor metabólico y mantener su temperatura corporal.
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con respecto a la tasa metabólica en ectodermos (reptiles) que autor me recomiendan estoy haciendo un trabajo sobre tasa metabólica en reptiles y les agradecería su ayuda.(3 votos)
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