Su pelaje tiene hasta un millón de pelos por pulgada cuadrada
La vida en el frío puede resultar difícil para los animales. A medida que el cuerpo se enfría, los órganos, incluidos el cerebro y los músculos, se ralentizan.
La temperatura corporal de animales como reptiles y anfibios depende principalmente de la temperatura de su entorno, pero los mamíferos pueden aumentar su metabolismo, utilizando más energía para calentar su cuerpo. Esto les permite vivir en áreas más frías y mantenerse activos cuando las temperaturas bajan por la noche o durante los meses de invierno.
Aunque los científicos saben que los mamíferos pueden aumentar su metabolismo en el frío, no ha quedado claro qué órganos o tejidos utilizan esta energía adicional para generar más calor.
Mantener el calor es especialmente desafiante para los pequeños mamíferos acuáticos como las nutrias marinas (Enhydra lutris), por lo que los científicos querían saber cómo se han adaptado para sobrevivir al frío.
Para ello reunieron un equipo de investigación con experiencia en el metabolismo de mamíferos marinos y humanos, incluidos la fisióloga Tray Wright, profesora asistente de investigación de la Facultad de Educación y Desarrollo Humano de la Universidad de Texas A&M, Heidi Pearson de la Universidad del Sureste de Alaska y Mike Murray del Acuario de la Bahía de Monterey. Comprender el uso de energía en animales adaptados a la vida en el frío también puede proporcionar pistas para manipular el metabolismo humano.
Metabolismo de la nutria marina
Es especialmente difícil para los mamíferos acuáticos mantenerse calientes porque el agua conduce el calor fuera del cuerpo mucho más rápido que el aire. La mayoría de los mamíferos marinos tienen grandes cuerpos y una gruesa capa de grasa como aislamiento.
Las nutrias marinas son los mamíferos marinos más pequeños y no tienen esta gruesa capa de grasa. En cambio, están aislados por un pelaje más denso que cualquier mamífero, con hasta un millón de pelos por pulgada cuadrada.
Sin embargo, este pelaje requiere un alto mantenimiento y requiere un aseo regular. Aproximadamente el 10 por ciento de la actividad diaria de una nutria marina implica mantener la capa aislante de aire atrapada en su pelaje.
El denso pelaje no es suficiente, por sí solo, para mantener calientes a las nutrias marinas. Para generar suficiente calor corporal, su tasa metabólica en reposo es aproximadamente tres veces mayor que la de la mayoría de los mamíferos de tamaño similar. Sin embargo, esta alta tasa metabólica tiene un costo.
Para obtener suficiente energía para alimentar la alta demanda, las nutrias marinas deben comer cada día más del 20 por ciento de su masa corporal en alimentos. En comparación, los humanos comen alrededor del 2 por ciento de su masa corporal, alrededor de 3 libras (1.3 kilogramos) de comida por día para una persona de 155 libras (70 kg).
¿De donde viene el calor?
Imagen derecha: Los músculos de las nutrias marinas utilizan suficiente energía a través de la respiración de fuga que explica su alta tasa metabólica, que las mantiene calientes en agua fría.
Cuando comen los animales, las células no pueden utilizar directamente la energía de sus alimentos para realizar su trabajo. En cambio, la comida se descompone en nutrientes simples, como grasas y azúcares. Estos nutrientes luego se transportan en la sangre y son absorbidos por las células.
Dentro de la célula hay compartimentos llamados mitocondrias donde los nutrientes se convierten en ATP, una molécula de alta energía que actúa como la moneda de energía de la célula.
El proceso de conversión de nutrientes en ATP es similar a cómo una presa convierte el agua almacenada en electricidad. A medida que el agua fluye desde la presa, genera electricidad al girar las palas conectadas a un generador, similar al viento que hace girar las palas de un molino de viento. Si la presa tiene fugas, algo de agua, o energía almacenada, se pierde y no se puede usar para generar electricidad.
De manera similar, las mitocondrias con fugas son menos eficientes para producir ATP a partir de nutrientes. Aunque la energía filtrada en las mitocondrias no se puede utilizar para trabajar, genera calor para calentar el cuerpo de la nutria marina.
Todos los tejidos del cuerpo utilizan energía y producen calor, pero algunos tejidos son más grandes y más activos que otros. El músculo constituye el 30 por ciento de la masa corporal de la mayoría de los mamíferos. Cuando están activos, los músculos consumen mucha energía y producen mucho calor. Indudablemente has experimentado esto, ya sea con calor durante el ejercicio o temblando cuando hace frío.
Para averiguar si el metabolismo muscular ayuda a mantener calientes a las nutrias marinas, los científicos estudiaron pequeñas muestras de músculos de nutrias marinas que varían en tamaño y edad, desde cachorros recién nacidos hasta adultos. Colocaron las muestras de músculo en pequeñas cámaras diseñadas para monitorear el consumo de oxígeno, una medida de cuánta energía se usa.
Al agregar diferentes soluciones que estimularon o inhibieron varios procesos metabólicos, determinaron cuánta energía podrían usar las mitocondrias para producir ATP y cuánta energía podría destinarse a una fuga productora de calor.
Descubrieron que las mitocondrias en los músculos de la nutria marina pueden tener muchas fugas, lo que permite que las nutrias aumenten el calor en sus músculos sin actividad física ni temblores.
Resulta que el músculo de la nutria marina es bueno para ser ineficaz. La energía "perdida" en forma de calor al convertir los nutrientes en movimiento les permite sobrevivir al frío.
Sorprendentemente, también encontraron que los cachorros recién nacidos tienen la misma capacidad metabólica que los adultos, a pesar de que sus músculos aún no han madurado para nadar y bucear.
"Esto realmente resalta cómo la producción de calor parece ser el factor determinante para determinar la capacidad metabólica de los músculos en estos animales", dijo Wright.
Implicaciones más amplias
Esta investigación demuestra claramente que el músculo es importante para algo más que el movimiento. Debido a que los músculos constituyen una gran parte de la masa corporal, incluso un pequeño aumento en el metabolismo muscular puede aumentar drásticamente la cantidad de energía que usa un animal.
Esto tiene importantes implicaciones para la salud humana. Si los científicos descubren formas de aumentar de manera segura y reversible el metabolismo del músculo esquelético en reposo, los médicos posiblemente podrían usar esto como una herramienta para reducir las tasas de obesidad aumentando la cantidad de calorías que un paciente puede quemar.
Por el contrario, la reducción del metabolismo del músculo esquelético podría conservar energía en pacientes que padecen cáncer u otras enfermedades debilitantes y podría reducir los alimentos y los recursos necesarios para apoyar a los astronautas en vuelos espaciales de larga duración.
Los hallazgos han sido publicados en Science: Skeletal muscle thermogenesis enables aquatic life in the smallest marine mammal
Una versión de este artículo se publicó en julio de 2021: Averiguan cómo las nutrias se mantienen más calientes
