unidad iii parte i
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Unidad III!
Temperatura
Schmidt-Nielsen. Capítulo 6. Temperature effects. 217-240.
Eckert. Capitulo 16. Energética animal y temperatura. 556-602
Moyes y Schulte 2006. Capitulo 14. Fisiología termal. 630-677
Seebacher & Franklin. 2005. Physiological mechanisms of thermoregulation in reptiles: a review. J. Comp. Physiol. B 175, 533-541.
Goldman et al. 2004. Homeothermy in adult salmon sharks, Lamnia ditropis. Env. Biol. Fishes. 71, 403-411.
❖ Homeotermos
❖ Poiquilotermos
❖ Endotermos
❖ Ectotermos
❖ Heterotermos
❖ Q10
❖ Termorregulación
Introducción
T Interacción química Estructura macromolecular
Reacciones químicas
T Procesos fisiológicos Estrategias térmicas
Estrategias térmicas = Respuestas
Introducción El parámetro fisiológico más importante en la fisiología termal de una animal es la temperatura corporal (TB).
Estrategias térmica Controlar la transferencia de energía entre animal y
entorno
Algunos toleran amplios cambios en la TB
Otros necesitan combinaciones fisiológicos y conductuales
Tolerancia
Regulación
Gasto energético
La TB de una animal es: el reflejo de la energía térmica que se retiene en las moléculas del cuerpo.
Introducción
Cual es la principal fuente de energía del cuerpo?
EL METABOLISMO
TB es afectada por el entorno y por la perdida o ganancia de calor
H total = H metabolismo H conducción H convección
H radiación
H evaporación
+ + +
+
Introducción
Conducción
Convección
Radiación
Evaporación
Transferencia de energía térmica de una región de un objeto o fluido a otra (perdida y ganancia de calor)
Transferencia de energía térmica entre un objeto (animal) y un fluido externo que se mueve (ventilador perdida de calor)
Emisión de energía electromagnética de un objeto (un animal puede absorber el calor radiante o emitirlo, la radiación infrarroja indica la temp. superficial)
Las moléculas de gua de la superficie de un objeto absorbe la energía térmica de este (sudor)
Introducción 1.- Intercambio de calor convectivo depende de los movimientos del fluido (Conducción alberca y convección regadera)
2.- La energía radiante calienta animales (Inflarrojo: luz roja de largo alcance y azul de corto alcance) Pigmentación de piel de los animales
3.- La evaporación induce a la perdida d calor
(los fluidos extraen energía térmica de la superficie corporal a medida de que las moléculas de agua realizan la transición de líquido a vapor)Transpiración y humedecerse
4.- La proporción de la superficie con respecto al volumen afecta el flujo de calor. (Perros estirados o acurrucado), animales más grandes en zonas frías que los de zonas cálidas y extremidades más cortas que los de zonas cálidas
5.- El aislamiento reduce el intercambio térmico.
(Grasa de mamíferos y pelaje o plumaje en organismos polares)
Introducción
La temperatura es una manifestación de la energía calorífica. Ésta se puede medir en intensidad siendo la temperatura y en cantidad siendo la caloria (cal/g).
La tasa en que se utiliza la energía es influenciada por la temperatura.
Además…
Factor limitante de la distribución y actividad de los organismos.
Los organismos viven en diferentes condiciones de temperatura, pueden encontrarse individuos a los 90°C, ó por debajo de los 0°C.
Dos caminos principales:
Regulación de la temperatura corporal dentro de un estrecho intervalo.
Mayor plasticidad de las reacciones orgánicas para ajustarse a un mayor intervalo térmico corporal.
FISIOLOGIA TERMICA EN VERTEBRADOS
Temperatura corporal
Homeotermos (intervalo entre 37 – 38°C, aves 40°C) y
Poiquilotermos (fluctúan con la temperatura ambiental).
Sangre caliente ó sangre fría. Arbitrarios.
Estrategias térmicas
Sin embargo, existen muchas excepciones:
• Los peces abisales.
• Mamíferos como el camello (varía la
temperatura corporal durante el día para ahorrar
agua).
Sistema vascular de intercambio de calor (retia mirabilia).
retia orbital
retia muscular
retia visceral
15.6º C más que la temperatura ambiental.
Lamna ditropis
• Temperatura del estómago • Transmisores en 4 tiburones
Temperatura corporal superior a la ambiental.
La Tº corporal no desciende a pesar de los cambios en la Tº ambiental.
Temperatura corporal media de 25º C.
Hasta 21ºC superior a la temperatura ambiental
Fuente de calor corporal...
Los endotermos (aves y mamíferos), son capaces de controlar su temperatura corporal mediante la producción y disipación de calor metabólico.
Baja conductividad térmica. (aves, mamíferos, algunos peces e insectos).
Los ectotermos dependen de los aportes calóricos del ambiente (sol, tierra) para mantener su temperatura corporal.
• Baja producción de calor metabólico. Conductividad térmica elevada. (invertebrados, peces, anfibios, reptiles).
Algunas características…
Los endotermos pueden mantenerse activos a temperaturas ambientales muy bajas incluso en reposo, sin necesidad de ejercicio.
Presentan tasas metabólicas muy elevadas y un aislamiento lo suficientemente efectivo para mantener su temperatura corporal elevada sobre la del ambiente.
Un mamífero o un ave requieren en promedio, de veinte a treinta veces más energía para su mantenimiento que un vertebrado ectotermo de tamaño y temperatura corporal similares.
Deben destinar energía para compensar tanto las demandas termostáticas, como los requerimientos energéticos derivados de su mayor actividad.
Otra clasificación…
Heterotermos: Varían el grado de producción de calor corporal.
Regionales: La temperatura del cuerpo es mayor en el centro, en los tejidos periféricos que en el exterior (atunes, insectos voladores, mamíferos).
Temporales: La temperatura varía ampliamente con el tiempo, como resultado de la actividad muscular (echidna, camello, colibríes).
Actividad metabólica y temperatura: Ectotermos
La actividad metabólica de un ectotermo varía de acuerdo a la temperatura ambiental.
Por supuesto, existe un óptimo, así como límites superior e inferior (zona de tolerancia térmica).
En aquellos animales que no mantienen constante su temperatura corporal (poiquilotermos) su tasa metabólica variará de manera proporcional al variar la temperatura
En los Endotermos han de gastar energía metabólica para mantener su temperatura por lo que la relación entre la TM y temperara es mas compleja.
¿QuÉ es el Q10?
Una forma más simple y útil para describir la relación de la temperatura con la velocidad de reacción (o cualquier otra función biológica) es utilizar un índice que indique cuantas veces aumenta la velocidad de reacción al aumentar un determinado rango la temperatura (o dicho de otra forma cual es la sensibilidad de la actividad enzimática al cambio de temperatura).
Este índice se le denomina cociente de temperatura o Q y arbitrariamente se suele emplear el Q10 (cuantas veces cambia la velocidad de reacción al cambiar 10 ºC la temperatura).
Sirve para medir el efecto de la temperatura en la actividad metabólica de un ectotermo
Mediante el coeficiente de temperatura ó Q10.
El incremento en la tasa de consumo de O2 causada por un incremento de 10°C.
Si la tasa de duplica Q10 = 2;
si se triplica Q10 = 3.
• La tasa de utilización de la energía de cualquier animal está definida por la temperatura.
El cociente entre los valores medidos a dos temperaturas que difieren en 10 ºC.
Q10 = kT + 10/kT donde: KT = constante de velocidad del proceso a una
temperatura T. KT + 10 = la constante de velocidad a una temperatura T 10°
mayor.
Se define como el aumento o disminución en la velocidad de la reacción o del proceso metabólico con cambios de temperatura de 10ºC.
El Q10 de una reacción enzimática dada depende del rango de
temperatura que se considere.
Por lo tanto es importante al citar un valor de Q10 indicar claramente
cuales son las temperaturas para las cuales se ha determinado.
En general los Q10 de las reacciones enzimáticas, u otro proceso como
el metabolismo, el crecimiento, locomoción, etc., está comprendido
entre 2 y 3, es decir al aumentar 10 ºC la temperatura la velocidad
de reacción enzimática o la tasa metabólica aumenta 2 o 3 veces.
En un proceso físico como la difusión el Q10 está próximo a 1.
Qué pasa con un ectotermo durante el día, ó con los cambios de temperatura durante las estaciones del año?, ó por la distribución geográfica latitudinal?
Cómo se explica que un ectotermo que vive en las costas de Canadá, tenga tasas metabólicas similares que uno de la misma especie que vive en las costas de Brasil?
Cómo responden los organismos a estos cambios?
Los animales pueden vivir en habitats donde las temperaturas son muy variables, alternando periodos de frío seguidos de periodos de calor, lo cual puede producir un
estrés térmico. Sin embargo, el frío o el calor pueden provocar cambios fisiológicos e incluso
morfológicos compensatorios que ayudan a combatir el estrés. Por ejemplo, un animal ectotermo que no puede escapar del frío invernal (pez lacustre)
desarrollará un conjunto de adaptaciones bioquímicas compensatorias para las
bajas temperaturas.
Aclimatación y aclimatización
Aclimatización (en ingles aclimatization) o Ambientación. Conjunto de cambios que experimenta un animal en su medio natural en respuesta a la
variación en varios factores ambientales (temperatura y otros).
Aclimatación (aclimation en ingles) se refiere a los cambios fisiológicos específicos que experimenta un animal en un laboratorio en respuesta a la variación de un solo factor.
El termino adaptación se refieren a cambios evolutivos que hay en muchas de
generaciones de una especie
Qué dice la gráfica?
Se ha observado que en ranas aclimatadas al frío (5ºC) y ranas aclimatadas al calor (25ºC) responden en ciertas características funcionales de diferente manera cuando se les somete a cambios de temperatura: En la contráctibilidad de los músculos esqueléticos, en la frecuencia cardiaca, en la conducción nerviosa, en el consumo de oxígeno etc.
En la figura se representa la variación en el consumo de oxígeno al variar la temperatura en los dos tipos de ranas. Las ranas aclimatadas al frío responden de diferente manera al cambio de temperatura que las ranas aclimatadas al calor: El consumo de oxígeno es mayor en ranas aclimatadas al frío que en ranas aclimatadas al calor.
CuÁl es la explicación?
Cabe suponer que durante la aclimatación ha habido cambios en la velocidad de las reacciones enzimáticas.
Los cambios pueden ser debidos a una variación en la estructura molecular de los enzimas o a algún otro factor que afecta a la cinética, un aumento de la cantidad de enzimas, sin que varíe su cinética, a una modificación de la fluidez de la membrana, etc.