Pueden retener el calor y la humedad de manera más eficiente cuando inhalan y exhalan
Las focas árticas han desarrollado muchas adaptaciones para hacer frente a su helado entorno; una en la que quizás no se te ocurra inmediatamente es en los huesos de su cavidad nasal.
Las focas árticas tienen conductos nasales más complicados que las especies de focas que viven en ambientes más templados, y los investigadores informan que estas estructuras ayudan a las focas a retener el calor y la humedad de manera más eficiente cuando inhalan y exhalan.
"Gracias a esta elaborada estructura en sus cavidades nasales, las focas árticas pierden menos calor a través del intercambio de calor nasal que las focas subtropicales cuando ambas están expuestas a las mismas condiciones", dice la autora correspondiente y física química Signe Kjelstrup de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. "Esto proporciona una ventaja evolutiva, especialmente en el Ártico, donde la pérdida de calor es una disipación de energía, que debe reponerse con alimentos".
"Lo sorprendente es que estas focas árticas retienen el 94% del agua cuando inhalan y exhalan", dice Kjelstrup. "Esto significa que la mayor parte del agua añadida al aire durante la inhalación se recupera durante la exhalación".
En ambientes fríos y secos, los animales pierden calor y humedad con solo respirar. La mayoría de los mamíferos y aves tienen huesos complejos llamados maxiloturbinatos dentro de sus cavidades nasales que ayudan a minimizar este riesgo. Estos estantes óseos y porosos están cubiertos por una capa ricamente vascularizada de tejidos mucosos que calientan y humidifican el aire inhalado, lo cual es importante para la función pulmonar, y reducen la cantidad de calor y humedad que se pierde durante la exhalación.
Sin embargo, la estructura de estos huesos varía según la especie. El equipo de Kjelstrup demostró anteriormente que las narices de los renos permiten un eficiente intercambio de calor en condiciones frías, pero como los renos no viven en ambientes diversos, recurrieron a las focas para probar si hay algo especial en las narices de los animales del Ártico.
Imagen: Las focas árticas parecen tener súper narices que funcionan de manera más eficiente que los sistemas de ventilación modernos
"No se pueden encontrar renos en medio del Mediterráneo, pero las focas viven en muchos entornos diferentes, por lo que nos permitieron comprobar esta cuestión", afirma Kjelstrup. "Y sabíamos por un estudio anterior que las narices de las focas árticas son parecidas a esponjas y muy densas, mientras que la nariz de las focas mediterráneas tiene una estructura más abierta".
Los investigadores utilizaron tomografía computarizada para crear modelos 3D de las cavidades nasales/maxiloturbinatos de una especie de foca ártica, la foca barbuda (Erignathus barbatus), y una especie subtropical, la foca monje del Mediterráneo (Monachus monachus). Luego, utilizaron modelos de disipación de energía para comparar la capacidad de las focas para calentar y humedecer el aire durante la inhalación y para reducir la pérdida de calor y humedad durante la exhalación.
El equipo testó ambas focas en condiciones árticas (-30°C) y a 10°C, lo que representaría un día frío para una foca monje del Mediterráneo. También modificaron diferentes parámetros dentro del modelo para identificar características geométricas de la cavidad nasal que son importantes para su función.
El modelo indicó que las focas árticas son mucho más eficientes que las focas subtropicales para retener el calor y el intercambio de agua en temperaturas ambientales tanto del Ártico como del Mediterráneo. A -30°C, las focas subtropicales perdieron 1,45 veces más calor y 3,5 veces más agua por ciclo respiratorio que las focas árticas, y a 10°C, las focas subtropicales perdieron 1,5 veces más calor y 1,7 veces más agua.
Esta ventaja se debió a la cavidad nasal más compleja y densa de la foca ártica. En concreto, los investigadores demostraron que el mayor perímetro de los maxiloturbinatos de la foca ártica es clave para limitar la disipación de energía a bajas temperaturas ambientales.
El estudio investigó la pérdida de humedad y calor por ciclo respiratorio (es decir, por una inhalación y exhalación), pero aún no está claro el papel de la frecuencia respiratoria. Esto es especialmente complicado para las focas, que pausan su respiración durante minutos cada vez que bucean.
En el futuro, los investigadores esperan estudiar las estructuras nasales de otras especies para ver si diferentes estructuras proporcionan ventajas evolutivas en otros entornos.
"El camello, por ejemplo, no necesita ahorrar mucho calor, pero sí agua, por lo que se puede especular que esto podría decirnos algo sobre la importancia relativa de ambos", dice Kjelstrup.
En última instancia, los investigadores planean utilizar esta información para diseñar intercambiadores de calor y sistemas de ventilación más eficientes. "Si la naturaleza consigue crear intercambiadores de calor tan fantásticos, creo que deberíamos copiarlo en ingeniería para crear procesos más eficientes, por ejemplo en los aparatos de aire acondicionado", afirma Kjelstrup.
La investigación se ha publicado hoy 14 de diciembre en el Biophysical Journal: Structure-function relationships in the nasal cavity of Arctic and subtropical seals
