Calor y temperatura, capacidad de los animales para su adaptación

La temperatura ambiental es uno de los factores más visibles que afectan a los animales. Según la naturaleza del animal, tiene una cierta capacidad para adaptarse a ella fisiológicamente, mientras que otros son incapaces de regularla, por lo que desarrollan métodos comportacionales para evitar tanto el exceso como el defecto de la temperatura. Ejemplos de adaptación los encontramos en los animales de los polos, que tienen una gruesa capa de grasa que les protege, mientras que en los animales del desierto encontramos pelaje claro y extremidades elongadas.

El calor es el movimiento vibratorio de las partículas que componen la materia, puede ser cuantificado en unidades en cuanto a la masa y la velocidad media. Por otro lado, la temperatura es la intensidad de ese movimiento o, lo que es lo mismo, la energía cinética media con la que las partículas vibran. El frío no existe ya que se define como la disminución del movimiento o ausencia de calor.

La intensidad de calor es la temperatura, por lo tanto es una magnitud intensiva, mientras que el calor hace referencia a la cantidad de calor, que es la extensiva. Para medir la temperatura en grados Celsius, tal y como lo conocemos, se creó una escala en que el valor 0 se establece en el punto de fusión del agua (de hielo a agua), mientras que el 100 se establece como el punto de ebullición del agua (de agua a vapor). Otro sistema común de medida es la escala Fahrenheit, donde el valor 0 es una mezcla refrigerante y otro punto de referencia es la de la sangre (96). Sin embargo, la escala más en uso es la de kelvin, siendo 0 un punto donde la temperatura se anula y comienza en ese 0 absoluto (todo movimiento de las partículas se para). El intervalo de un grado kelvin es igual al de Celsius, correspondiendo el valor de 0º C a 273º K. La temperatura termoneutra en humanos está en torno a 23 grados donde no se necesita que se activen procesos de regulación de la temperatura.

La cantidad de calor se mide en calorías o julios, dando un flujo calorífico. La equivalencia de una caloría a un julio se basa en la cantidad de calor que se necesita suministrar al agua para elevar su temperatura 1º C y que ésta se establezca en 14,5º C. El calor específico de una sustancia es la cantidad de energía necesaria para elevar un grado dicha sustancia.

La capacidad calórica es la relación entre la cantidad de calor aportada por un cuerpo y el incremento de temperatura de éste; depende de su calor específico y su masa.

Observaciones

En el mantenimiento de sus relaciones térmicas, los organismos cuidan más la regulación de su temperatura que la cantidad de calor. Los fenómenos vitales se encuentran más relacionados y más íntimamente ligados al valor de la temperatura, siendo sobre todo importante para la tasa metabólica.

Las temperaturas extremas

En la naturaleza, un extremo inferior de se encuentran por debajo de los 0º C y por la parte superior, una de 50º C, la gran mayoría de organismos se mueven entre los 0 y 50º C. Estos valores pueden llegar a ser incluso más amplios en los ectotermos que en los endotermos. Sin embargo, tenemos otra serie de animales que se mueven en rangos mucho más estrechos, pero su temperatura corporal se mantiene muy por encima de la temperatura ambiente mediante mecanismos fisiológicos concretos.

Clasificación de los animales en función del calor y temperatura

• Animales de sangre fría: reptiles y anfibios; y animales de sangre caliente; aves y mamíferos. Es una clasificación imprecisa.
• Animales homeotermos o poiquilotermos, mantienen o varían su temperatura corporal en función de la del ambiente; sin embargo hay variaciones, en caso del colibrí caen en una situación de torpor con temperatura elevada en determinados momentos y frías en otras. Los peces abisales son homeotermos por el ambiente que les definen.
• Endodermos (génesis interna de calor consecuencia del metabolismo, muchas veces son homeotermos), ectodérmica (no regulan), heterotermos (son animales en los cuales la temperatura corporal presenta variaciones temporales y espaciales)

Heterotermia regional: se manifiesta en peces, en los que se genera un aumento de la temperaturas según las zonas, en los que la mayor parte del pez es ectodermo pero hay determinadas regiones con unos músculos rojos capacitados para el metabolismo aerobio (que supone respiración de oxígeno), con una enorme densidad de mitocondrias activas y son los músculos que soportan la actividad locomotora del pez. Se calientan por la actividad metabólica y esa temperatura es aprovechada por el animal para calentar los vasos sanguíneos que, de otro modo, se enfrían por las branquias; por lo tanto, para retener ese calor, los peces, diseñan una red vascular que impide esta pérdida de temperatura por las branquias, consiste en un intercambio transversal entre vasos con circulación proveniente de las branquias y vasos que derivan de esos músculos, con sangre caliente. De modo que lo que hacen es cerrar los vasos periféricos que enfrían, de esa manera la sangre pasa cerca de las arterias que proceden del músculo.

Otro caso podemos encontrar en otras familias de peces, que son capaces de calentar la cabeza por encima de hasta 15 grados de la ambiental para mejorar la coordinación visual y cerebral. Los cerebros muy desarrollados tienen que estar calientes. El pez lo hace por unos músculos extra-oculares, que carecen de maquinaria contráctil con un retículo sarcoplásmico muy desarrollado con fugas hacia el citoplasma, haciendo que el calcio se salga de su lugar, el propio retículo sarcoplásmico repesca el calcio que se le escapa con bombas que, al dejarlo salir, producen mucho calor, antecedente evolutivo de la endotermia.

Otra de las clasificaciones es atendiendo a los márgenes de temperatura tolerables:

• Euritermos: soportan amplios márgenes de temperaturas. Como gusanos poliquetos.
• Estenotermos: los organismos termófilos, mesófilos, psicrófilos. Suelen ser procarióticos.

Hay otros dos grupos que son los que termorregulan o no, o los que generan calor o la reciben de un foco externo. Entremezclando los dos podemos deducir algunas conclusiones:

• Endotermos no termorreguladores: al menos una parte con una endotermia no regulada si no es como consecuencia de algún mecanismo (musculo y sistema vascular especializado del atún).
• Poiquilotermos termorreguladores: termorregulación conductual en los reptiles, es decir se orientan al sol cuando necesitan subir temperatura o en agua en caso de frío. Los peces mollies también tienen una regulación conductual al nadar vigorosamente en aguas frías para escapar de ella. En cuestión de enfermedad, buscan corrientes cálidas ya que no sintetizan pirógenos y están más protegidos.
• Endotermos reguladores: Efectores, receptores y mecanismos muy complicados y variados. Muchos dan también regulación conductual como por ejemplo canguros que se ponen bajo sombra o esconden la cola debajo del cuerpo o usan la saliva como evaporación.

Qué diferencia hay entre un animal endotermo y un ectotermo

– Endotermo: Tasa metabólica alta y conductancia (facilidad para perder calor) baja, es decir, está muy bien aislado. Para ello desarrollan pelos, plumas, tejidos subcutáneos como grasa, respuestas cardiovasculares, etc.

– Ectotermo: una tasa metabólica baja, pero conductancia muy alta.

Para dos animales del mismo tamaño e iguales conductancia. La tasa metabólica del endotermo sigue siendo mucho más elevada que el endotermo, y eso es así porque tiene un peso corporal mucho más grande y más densidad de mitocondrias, en efecto, hay una relación entre este peso y la densidad, siendo mucho más alta en un endotermo que un ectotermo.

La densidad aumenta en función del peso y la de los animales endotermos siempre está por encima que los ectotermos, en consecuencia, los tejidos de los endotermos tienen un metabolismo mayor en sus más abundantes mitocondrias.

En qué se gasta este exceso de energía en animales endotermos

Somos unas máquinas despilfarradoras de energía. Un ectotermo parado sería un coche en ralentí y un endotermo en reposo sería un coche parado pero acelerando, es decir, gastando gasolina.

El 50% del metabolismo del endotermo, se invierte en controlar el transporte celular iónico y también se observa que dentro de estos transportes lo que más gasta es la bomba sodio potasio ATPasa, que repesca el potasio y quita el sodio que se cuela. Los movimientos iónicos pasivos son más intensos en endotermos que ectotermos.

Las membranas de los endotermos tienen una conductancia mucho mayor, es más ineficaz en mantener el potencial iónico de la membrana; por lo tanto, para mantener el potencial tiene que trabajar más la bomba-sodio potasio y se genera mucho más calor.

En un determinado momento hubo un cambio en la composición de los lípidos de las membranas, de modo que empezaron a cambiar sus fosfolípidos por unos polinsaturados que facilitan la fuga de los iones, y estos fosfolípidos son el mecanismo que la evolución utilizó para cambiar la tasa metabólica de los endotermos, así generan un calor que, junto con su conservación por barreras, permiten separar la temperatura de la del exterior.

En consecuencia, podemos apreciar algunas secuencias positivas o negativas en animales.

Ventajas

La poiquilotermia y ectotermia: significa un estilo de vida lento y económico pero su actividad y supervivencia quedan supeditados a los cambios ambientales.

Los homeotermos: estilo de vida mucho más rápido y carísimo, sin embargo, a partir de este punto de inflexión, poseemos una enorme autonomía y esto ha sido un éxito desde el punto de vista de los humanos; en consecuencia, hemos podido colonizar todos los nichos ecológicos del mundo, incluso el espacio exterior; además tienen más capacidad de capturarla de su entorno, y se van haciendo más complejos, entrando en un ciclo en el que a más captura, más complejos y a más complejos más captura (ciclo de San Marcos o San Mateo → Parábola: al que tenga todavía se le dará más y al que no tenga se le quitará).

Por lo tanto, la homeotermia ha propiciado que el que tiene se le dé más. “La homeotermia es un logro evolutivo ligado al desarrollo del sistema nervioso. Su elevado coste energético es el precio, en definitiva, este punto de inflexión cambió clarísimamente la historia evolutiva”.

Conceptos referentes a la fisiología del calor

En los animales, la zona de la corteza corresponde a las extremidades, mientras que la zona del núcleo se refiere a las vísceras.

– Temperatura interna: temperatura del medio interno.

– Temperatura óptima: temperatura en la que la función del animal adquiere su máxima eficacia.

– Rango de temperatura efectiva: rango de temperatura en la que la función animal será aceptable. Tiene una máxima y una mínima, si se sale de esos parámetros la función se empieza a deteriorar.

Va a existir un rango de temperatura ambiental que va a ser zona termoneutra y solo se aplican a los homeotermos y se delimitan por la temperatura máxima crítica y la mínima critica. Mientras que el homeotermo está dentro de la zona termoneutra, funciona dentro de su tasa metabólica basal, cuando se sale, incrementara su tasa metabólica.

– Temperatura letal máxima y mínima: es aquella que mata al 50% de los individuos de la especie sometidos a esa temperatura.

Siempre que el homeotermo está dentro de la zona termoneutra está dentro de la tasa metabólica basal. Si nos salimos el animal empieza a aumentar su tasa metabólica por ambos extremos, ya que se activan procesos de mantenimiento de la temperatura interna; en caso de frío, mecanismos termogénicos como por ejemplo la tiritera, en el otro extremo se produce una disipación activa de calor, por ejemplo, el sudor por incremento de la actividad de las glándulas sudoríparas.

La tasa metabólica puede variar en función de la temperatura ambiente, en el ratón, si bajan las temperatura necesita invertir mucha más tasa. Es diferente porque la zona termoneutra es mucha más baja que en la anterior. A medida que disminuimos sube la TM hasta un máximo y luego disminuye. La del reptil cambia solo en función de la temperatura de modo que a menos temperatura menos actividad por dificultad para llevarla a cabo, tiene una zona exponencial en que no hay daños y luego más lineal cuando se produce más daño.

Muerte por calor

• Inactivación térmica de enzimas.
• Desnaturalización de proteínas.
• Aporte inadecuado de oxígeno.
• Efecto de la temperatura por lípidos de membrana.
• Efectos de la temperatura en reacciones metabólicamente independientes Q1.

Muerte por frío

• Congelación del agua, interrupción de flujo y difusión.
• Daño tisular.

Tolerancias al calor

El mosquito en deshidratación aguanta temperaturas muy altas, los huevos del cangrejo hasta 80; sin embargo, en un ciclo de unos 50 º C se ponen en marcha mecanismos de todo tipo, por ejemplo, resistencias a la deshidratación, acumulación de agua, etc.

Tolerancias al frío

Sapos y muchos anfibios evitan la muerte por frío porque en su medio interno tiene un anticongelante que evita que se formen cristales de hielo. Sin embargo, las larvas de algunos insectos, pueden aguantar la congelación ya que desarrollan métodos para minimizar el daño celular, como disminuir la cantidad de agua celular, concentrándose la que queda por la cantidad de solutos.

Determinantes del calor y la temperatura

Uno de los principales factores que determina la pérdida o la ganancia de calor es la cantidad de calor que haya por fracción de tejido, de modo que cuanto mayor sea el animal, más cantidad de calor podrá acumular en su interior.

Otro de los factores que determinan la perdida de calor, es la cantidad de superficie que se expone al intercambio de energía. Cuanto más achaparrado sea el animal, menos calor perderá. Un ejemplo lo encontramos en animales del desierto, que desarrollan grandes orejas como vías para la pérdida de la mayor parte del calor.

El calor puede ser almacenado para su posterior uso, un ejemplo son las reservas de grasa, que pueden ser quemadas mediante unas proteínas termogénicas que proporcionan calor con su consumo.

Factores que afectan a la trasferencia de calor

• La relación superficie/peso corporal.
• La diferencia térmica superficie corporal-ambiente.
• La conductancia específica de calor de la superficie corporal.
• Presión de vapor de agua del aire (humedad relativa).

Factores que afectan a la tasa de producción de calor

• Mecanismos comportamentales.
• Mecanismos de aclimatación.
• Edad.