Un endotermo (del griego ἔνδον endon "dentro" y θέρμη thermē "calor") es un organismo que mantiene su cuerpo a una temperatura metabólicamente favorable, en gran parte mediante el uso del calor liberado por sus funciones corporales internas en lugar de depender casi exclusivamente del calor ambiental. . Dicho calor generado internamente es principalmente un producto incidental del metabolismo rutinario del animal , pero en condiciones de frío excesivo o baja actividad, un endotermo podría aplicar mecanismos especiales adaptados específicamente a la producción de calor. Los ejemplos incluyen el esfuerzo muscular con funciones especiales, como los escalofríos , y el metabolismo oxidativo desacoplado , como en el tejido adiposo marrón.. Solo las aves y los mamíferos son grupos de animales universalmente endotérmicos existentes. Ciertos tiburones lamnidos, atunes y peces picudos también son endotérmicos.
En el lenguaje común, los endotermos se caracterizan como " de sangre caliente ". Lo opuesto a la endotermia es la ectotermia , aunque en general no existe una separación absoluta o clara entre la naturaleza de las endotermas y las ectotermas.
Origen
La endotermia se originó hacia el final del Período Pérmico , hace entre 252 y 259 millones de años. [1]
Mecanismos
Generando y conservando calor
Muchos endotermos tienen una mayor cantidad de mitocondrias por célula que los ectotermos. Esto les permite generar calor aumentando la velocidad a la que metabolizan grasas y azúcares . En consecuencia, para mantener su metabolismo más alto, los animales endotérmicos requieren típicamente varias veces más comida que los animales ectotérmicos, y generalmente requieren un suministro más sostenido de combustible metabólico.
En muchos animales endotérmicos, un estado temporal controlado de hipotermia conserva energía al permitir que la temperatura corporal descienda casi a los niveles ambientales. Dichos estados pueden ser ciclos circadianos regulares y breves llamados letargo , o pueden ocurrir en ciclos mucho más largos, incluso estacionales, llamados hibernación . La temperatura corporal de muchas aves pequeñas (p. Ej. Colibríes ) y pequeños mamíferos (p. Ej. Tenrecs ) desciende drásticamente durante la inactividad diaria, como durante la noche en animales diurnos o durante el día en animales nocturnos , reduciendo así el costo energético de mantener la temperatura corporal. También se produce una reducción intermitente menos drástica de la temperatura corporal en otras endotermas más grandes; por ejemplo, el metabolismo humano también se ralentiza durante el sueño, provocando una caída en la temperatura central, comúnmente del orden de 1 grado Celsius. Puede haber otras variaciones de temperatura, generalmente más pequeñas, endógenas o en respuesta a circunstancias externas o un esfuerzo vigoroso, y un aumento o una disminución. [2]
El cuerpo humano en reposo genera aproximadamente dos tercios de su calor a través del metabolismo en los órganos internos del tórax y el abdomen, así como en el cerebro. El cerebro genera alrededor del 16% del calor total producido por el cuerpo. [3]
La pérdida de calor es una gran amenaza para las criaturas más pequeñas, ya que tienen una mayor proporción de superficie a volumen . Los animales pequeños de sangre caliente tienen aislamiento en forma de piel o plumas . Los animales acuáticos de sangre caliente, como las focas , generalmente tienen capas profundas de grasa debajo de la piel y cualquier pelaje que puedan tener; ambos contribuyen a su aislamiento. Los pingüinos tienen plumas y grasa. Las plumas de pingüino tienen forma de escamas y sirven tanto para aislar como para simplificar. Los endotermos que viven en circunstancias muy frías o condiciones que predisponen a la pérdida de calor, como las aguas polares, tienden a tener estructuras especializadas de vasos sanguíneos en sus extremidades que actúan como intercambiadores de calor . Las venas están adyacentes a las arterias llenas de sangre caliente. Parte del calor arterial se conduce a la sangre fría y se recicla al tronco. Las aves, especialmente las aves zancudas , a menudo tienen mecanismos de intercambio de calor muy bien desarrollados en sus patas; los de las patas de los pingüinos emperador son parte de las adaptaciones que les permiten pasar meses en el hielo invernal antártico. [4] [5] En respuesta al frío, muchos animales de sangre caliente también reducen el flujo sanguíneo a la piel por vasoconstricción para reducir la pérdida de calor. Como resultado, palidecen (se vuelven más pálidos).
Evitando el sobrecalentamiento
En climas ecuatoriales y durante los veranos templados , el sobrecalentamiento ( hipertermia ) es una amenaza tan grande como el frío. En condiciones de calor, muchos animales de sangre caliente aumentan la pérdida de calor al jadear, lo que enfría al animal al aumentar la evaporación del agua en la respiración y / o enrojecer, aumentando el flujo de sangre a la piel para que el calor se irradie al medio ambiente. Los mamíferos sin pelo y de pelo corto, incluidos los humanos, también sudan , ya que la evaporación del agua en el sudor elimina el calor. Los elefantes se mantienen frescos usando sus enormes orejas como radiadores en los automóviles. Sus orejas son delgadas y los vasos sanguíneos están cerca de la piel, y aletear sus orejas para aumentar el flujo de aire sobre ellos hace que la sangre se enfríe, lo que reduce su temperatura corporal central cuando la sangre se mueve a través del resto del sistema circulatorio.
Pros y contras de un metabolismo endotérmico
La principal ventaja de la endotermia sobre la ectotermia es la menor vulnerabilidad a las fluctuaciones de la temperatura externa. Independientemente de la ubicación (y, por lo tanto, de la temperatura externa), la endotermia mantiene una temperatura central constante para una actividad enzimática óptima.
Los endotermos controlan la temperatura corporal mediante mecanismos homeostáticos internos. En los mamíferos, dos mecanismos homeostáticos separados están involucrados en la termorregulación: un mecanismo aumenta la temperatura corporal, mientras que el otro la disminuye. La presencia de dos mecanismos separados proporciona un alto grado de control. Esto es importante porque la temperatura central de los mamíferos se puede controlar para que esté lo más cerca posible de la temperatura óptima para la actividad enzimática.
La tasa general del metabolismo de un animal aumenta en un factor de aproximadamente dos por cada aumento de temperatura de 10 ° C (18 ° F) , limitado por la necesidad de evitar la hipertermia . La endotermia no proporciona una mayor velocidad de movimiento que la ectotermia (sangre fría): los animales ectotérmicos pueden moverse tan rápido como los animales de sangre caliente del mismo tamaño y constituir cuando el ectotermo está cerca o en su temperatura óptima, pero a menudo no pueden mantener un nivel metabólico alto. actividad durante tanto tiempo como endotermos. Los animales endotérmicos / homeotérmicos pueden ser óptimamente activos en más momentos durante el ciclo diurno en lugares de fuertes variaciones de temperatura entre el día y la noche y durante la mayor parte del año en lugares con grandes diferencias estacionales de temperatura. Esto va acompañado de la necesidad de gastar más energía para mantener la temperatura interna constante y un mayor requerimiento de alimentos. [6] La endotermia puede ser importante durante la reproducción, por ejemplo, para expandir el rango térmico sobre el cual una especie puede reproducirse, ya que los embriones generalmente son intolerantes a las fluctuaciones térmicas que son fácilmente toleradas por los adultos. [7] [8] La endotermia también puede brindar protección contra la infección por hongos . Si bien decenas de miles de especies de hongos infectan a los insectos, solo unos pocos cientos de mamíferos atacan y, a menudo, solo aquellos con un sistema inmunológico comprometido . Un estudio reciente [9] sugiere que los hongos están fundamentalmente mal equipados para prosperar en las temperaturas de los mamíferos. Las altas temperaturas proporcionadas por la endotermia podrían haber proporcionado una ventaja evolutiva.
Los ectotermos aumentarán su temperatura corporal principalmente a través de fuentes de calor externas, como la energía de la luz solar , por lo que dependen de las condiciones ambientales que se presenten para alcanzar las temperaturas corporales operativas. Los animales endotérmicos utilizan principalmente la producción de calor interno a través de órganos y tejidos metabólicos activos (hígado, riñón, corazón, cerebro, músculo) o tejidos especializados que producen calor como el tejido adiposo marrón (BAT). Por lo tanto, los endotermos tienen tasas metabólicas más altas que los ectotermos en una masa corporal determinada. Como consecuencia, también necesitarían tasas de ingesta de alimentos más altas, lo que puede limitar la abundancia de endotermos más que los ectotermos.
Debido a que los ectotermos dependen de las condiciones ambientales para la regulación de la temperatura corporal, por lo general son más lentos por la noche y por la mañana cuando salen de sus refugios para calentarse con la primera luz solar. Por lo tanto, la actividad de búsqueda de alimento se restringe al día (patrones de actividad diurna) en la mayoría de los ectotermos de vertebrados. En los lagartos, por ejemplo, se sabe que solo unas pocas especies son nocturnas (por ejemplo, muchos geckos) y en su mayoría utilizan estrategias de búsqueda de alimento de "sentarse y esperar" que pueden no requerir temperaturas corporales tan altas como las necesarias para la búsqueda activa de alimento. Por lo tanto, las especies de vertebrados endotérmicos dependen menos de las condiciones ambientales y han desarrollado una alta variabilidad (tanto dentro como entre especies) en sus patrones de actividad diurna. [10]
Se cree que la evolución de la endotermia fue crucial en el desarrollo de la diversidad de especies de mamíferos euterios en el período Mesozoico. La endotermia les dio a los primeros mamíferos la capacidad de estar activos durante la noche mientras mantenían pequeños tamaños corporales. Las adaptaciones en la fotorrecepción y la pérdida de protección UV que caracterizan a los mamíferos euterios modernos se entienden como adaptaciones para un estilo de vida originalmente nocturno, lo que sugiere que el grupo pasó por un cuello de botella evolutivo (la hipótesis del cuello de botella nocturno ). Esto podría haber evitado la presión de los depredadores de los reptiles y dinosaurios diurnos, aunque algunos dinosaurios depredadores, al ser igualmente endotérmicos, podrían haber adaptado un estilo de vida nocturno para cazar a esos mamíferos. [10] [11]
Endotermia facultativa
Muchas especies de insectos pueden mantener una temperatura torácica por encima de la temperatura ambiente mediante el ejercicio. Estos se conocen como endotermos facultativos o de ejercicio. [12] La abeja melífera , por ejemplo, lo hace contrayendo músculos de vuelo antagónicos sin mover sus alas (ver termorregulación de insectos ). [13] [14] [15] Esta forma de termogénesis, sin embargo, solo es eficiente por encima de un cierto umbral de temperatura, y por debajo de aproximadamente 9–14 ° C (48–57 ° F), la abeja melífera vuelve a la ectotermia. [14] [15] [16]
La endotermia facultativa también se puede ver en múltiples especies de serpientes que usan su calor metabólico para calentar sus huevos. Python molurus y Morelia spilota son dos especies de pitones donde las hembras rodean sus huevos y tiemblan para incubarlos. [17]
Endotermia regional
Se ha demostrado que algunos ectotermos , incluidas varias especies de peces y reptiles , hacen uso de la endotermia regional, donde la actividad muscular hace que ciertas partes del cuerpo permanezcan a temperaturas más altas que el resto del cuerpo. [18] Esto permite una mejor locomoción y uso de los sentidos en ambientes fríos. [18]
Contraste entre terminología termodinámica y biológica
Debido a un accidente histórico, los estudiantes de [ cita requerida ] encuentran una fuente de posible confusión entre la terminología de la física y la biología. Mientras que los términos termodinámicos " exotérmico " y " endotérmico " se refieren respectivamente a procesos que emiten energía térmica y procesos que absorben energía térmica, en biología el sentido se invierte efectivamente. Los términos metabólicos "ectotermo" y "endotermo", respectivamente, se refieren a organismos que dependen en gran medida del calor externo para alcanzar una temperatura de trabajo completa, ya organismos que producen calor desde el interior como factor principal para controlar la temperatura corporal. [19]
Ver también
- De sangre caliente
Referencias
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