La hibernación es un estado de mínima actividad y depresión metabólica . La hibernación es una heterotermia estacional caracterizada por baja temperatura corporal, respiración y frecuencia cardíaca lentas y baja tasa metabólica . Ocurre con mayor frecuencia durante los meses de invierno .
Aunque tradicionalmente reservado para hibernadores "profundos" como los roedores , el término se ha redefinido para incluir animales como los osos [1] y ahora se aplica sobre la base de la supresión metabólica activa en lugar de una disminución absoluta de la temperatura corporal. Muchos expertos creen que los procesos de letargo e hibernación diarios forman un continuo y utilizan mecanismos similares. [2] [3] El equivalente durante los meses de verano es la estivación .
La hibernación funciona para conservar energía cuando no hay suficiente comida disponible. Para lograr este ahorro de energía, un animal endotérmico disminuye su tasa metabólica y por lo tanto su temperatura corporal. [3] La hibernación puede durar días, semanas o meses, según la especie, la temperatura ambiente, la época del año y la condición corporal del individuo. Antes de entrar en hibernación, los animales necesitan almacenar suficiente energía para que dure el período de inactividad, posiblemente hasta un invierno completo. Las especies más grandes se vuelven hiperfágicas , comen una gran cantidad de alimentos y almacenan la energía en los depósitos de grasa. En muchas especies pequeñas, el almacenamiento en caché de alimentos reemplaza a comer y engordar. [4]
Algunas especies de mamíferos hibernan durante la gestación , que nacen mientras la madre hiberna o poco después. [5] Por ejemplo, las hembras de osos negros entran en hibernación durante los fríos meses de invierno para dar a luz a sus crías. [6] Las madres embarazadas aumentan significativamente su masa corporal antes de la hibernación, y este aumento se refleja aún más en el peso de la descendencia. La acumulación de grasa les permite proporcionar un ambiente suficientemente cálido y acogedor para sus recién nacidos. Durante la hibernación, posteriormente pierden entre el 15 y el 27% de su peso antes de la hibernación al utilizar las grasas almacenadas para obtener energía. [7]
Los animales ectotérmicos también pasan por períodos de supresión metabólica y latencia , lo que en muchos invertebrados se conoce como diapausa. Algunos investigadores y miembros del público usan el término brumato para describir la latencia invernal de los reptiles, pero se cree que el término más general hibernación es adecuado para referirse a cualquier latencia invernal. [8] Muchos insectos, como la avispa Polistes exclamans , exhiben períodos de inactividad que a menudo se han denominado hibernación, a pesar de su ectotermia. [9] Los botánicos pueden usar el término "hibernación de semillas" para referirse a una forma de inactividad de las semillas . [10]
Mamíferos
Existe una variedad de definiciones para los términos que describen la hibernación en mamíferos, y diferentes clados de mamíferos hibernan de manera diferente. Las siguientes subsecciones discuten los términos de hibernación obligada y facultativa . Las dos últimas secciones señalan en particular primates, ninguno de los cuales se pensaba que hibernaba hasta hace poco, y osos, cuyo letargo invernal había sido discutido por no ser "verdadera hibernación" durante el siglo XX, ya que es diferente de la hibernación vista en roedores
Hibernación obligada
Los hibernadores obligados son animales que, de forma espontánea y anual, entran en hibernación independientemente de la temperatura ambiente y el acceso a la comida. Los hibernadores obligados incluyen muchas especies de ardillas terrestres , otros roedores , lémures ratón , erizos europeos y otros insectívoros , monotremas y marsupiales . Estas especies se someten a lo que tradicionalmente se ha llamado "hibernación": un estado fisiológico en el que la temperatura corporal desciende hasta casi la temperatura ambiente, y el ritmo cardíaco y respiratorio se ralentiza drásticamente.
La temporada de invierno típica para los hibernadores obligados se caracteriza por períodos de letargo interrumpidos por despertares eutérmicos periódicos, durante los cuales la temperatura corporal y la frecuencia cardíaca se restauran a niveles más típicos. La causa y el propósito de estos despertares aún no están claros; la cuestión de por qué los hibernadores pueden volver periódicamente a temperaturas corporales normales ha plagado a los investigadores durante décadas, y aunque todavía no hay una explicación clara, existen múltiples hipótesis sobre el tema. Una hipótesis favorecida es que los hibernadores acumulan una " deuda de sueño " durante la hibernación, por lo que ocasionalmente deben calentarse para dormir. Esto ha sido apoyado por evidencia en la ardilla de tierra ártica . [11] Otras teorías postulan que breves períodos de alta temperatura corporal durante la hibernación permiten al animal restaurar sus fuentes de energía disponibles [12] o iniciar una respuesta inmune. [13]
Las ardillas de tierra del Ártico que hibernan pueden exhibir temperaturas abdominales tan bajas como -2,9 ° C (26,8 ° F), manteniendo temperaturas abdominales bajo cero durante más de tres semanas seguidas, aunque las temperaturas en la cabeza y el cuello permanecen en 0 ° C ( 32 ° F) o más. [14]
Hibernación facultativa
Los hibernadores facultativos entran en hibernación solo cuando están estresados por el frío, privados de alimentos o ambos, a diferencia de los hibernadores obligados, que entran en hibernación basándose en señales de tiempo estacionales en lugar de como respuesta a los factores estresantes del medio ambiente.
Un buen ejemplo de las diferencias entre estos dos tipos de hibernación se puede ver en los perros de la pradera : [15]
- El perrito de las praderas de cola blanca es un hibernador obligado .
- El perrito de las praderas de cola negra, estrechamente relacionado, es un hibernador facultativo .
Primates
Si bien la hibernación se ha estudiado durante mucho tiempo en roedores (a saber , ardillas de tierra ), no se conocía que ningún primate o mamífero tropical hibernara hasta el descubrimiento de la hibernación en el lémur enano de cola gorda de Madagascar, que hiberna en los agujeros de los árboles durante siete meses al año. [16] Las temperaturas invernales malgaches a veces superan los 30 ° C (86 ° F), por lo que la hibernación no es exclusivamente una adaptación a las bajas temperaturas ambientales.
La hibernación de este lémur depende en gran medida del comportamiento térmico del agujero de su árbol: si el agujero está mal aislado, la temperatura corporal del lémur fluctúa ampliamente, siguiendo pasivamente la temperatura ambiente; si está bien aislado, la temperatura corporal se mantiene bastante constante y el animal experimenta episodios regulares de excitación. [17] Dausmann descubrió que el hipometabolismo en animales que hibernan no está necesariamente asociado con una temperatura corporal baja. [18]
Osos
Históricamente, existía la duda de si los osos realmente hibernaban o no, ya que solo experimentaban una modesta disminución de la temperatura corporal (3-5 ° C) en comparación con las disminuciones mucho mayores (a menudo 32 ° C o más) observadas en otros hibernadores. Muchos investigadores pensaron que su sueño profundo no era comparable con una verdadera hibernación profunda, pero la investigación en 2011 refutó esta teoría en osos negros cautivos y nuevamente en 2016 en un estudio sobre osos pardos. [19] [20]
Los osos que hibernan pueden reciclar sus proteínas y orina, lo que les permite dejar de orinar durante meses y evitar la atrofia muscular . [21] [22] [23] [24] Se mantienen hidratados con la grasa metabólica que se produce en cantidades suficientes para satisfacer las necesidades de agua del oso. Tampoco comen ni beben mientras hibernan y viven de su almacenamiento de grasa. [25] A pesar de la inactividad prolongada y la falta de ingesta de alimentos, se cree que los osos en hibernación mantienen su masa ósea y no sufren de osteoporosis. [26] [27] También aumentan la disponibilidad de ciertos aminoácidos esenciales en el músculo, así como también regulan la transcripción de un conjunto de genes que limitan el desgaste muscular. [28] En un estudio realizado por G. Edgar Folk, Jill M. Hunt y Mary A. Folk, compararon el electrocardiograma de hibernadores típicos con tres especies de osos diferentes con respecto a la estación, la actividad y la latencia, y encontraron que la relajación reducida ( El intervalo QT) de pequeños hibernadores fue el mismo para las tres especies de osos. También encontraron que el intervalo QT cambió tanto para los hibernadores típicos como para los osos de verano a invierno. Este estudio de 1977 fue una de las primeras evidencias utilizadas para demostrar que los osos son hibernadores. [29]
En un estudio de 2016 realizado por un veterinario de vida silvestre y profesor asociado de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Inland Norway , Alina L.Evans investigó 14 osos pardos durante tres inviernos. Se midieron el movimiento, la frecuencia cardíaca (FC), la variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC), la temperatura corporal (T b ), la actividad física, la temperatura ambiente (T A ) y la profundidad de la nieve para identificar los impulsores del inicio y el final de la hibernación para osos. Este estudio construyó la primera cronología de eventos ecológicos y fisiológicos desde antes del inicio hasta el final de la hibernación en el campo. Esta investigación descubrió que los osos entraban a su guarida cuando llegaba la nieve y la T A descendía a 0 ° C, pero incluso varias semanas antes de que entraran en su guarida, la Actividad, la FC y la T b comenzaron a caer lentamente. Su VFC se redujo drásticamente una vez en su guarida, lo que sugiere indirectamente que la supresión metabólica está relacionada con la hibernación de los osos. Hacia el final de la hibernación y dos meses antes de la excitación, de los osos T b subida, sin relación con HRV sino más bien impulsado por el T A . La HRV solo aumenta alrededor de tres semanas antes de la excitación y los osos solo abandonan su guarida una vez que las temperaturas exteriores están en su temperatura crítica más baja. Estos hallazgos sugieren que los osos se termoconforman y la hibernación del oso es impulsada por señales ambientales, pero la excitación es impulsada por señales fisiológicas. [30]
Aves
La gente de la antigüedad creía que las golondrinas hibernaban, y el ornitólogo Gilbert White documentó evidencia anecdótica en su libro de 1789 La Historia Natural de Selborne que indicaba que la creencia todavía estaba vigente en su tiempo. Ahora se entiende que la gran mayoría de las especies de aves normalmente no hibernan, sino que utilizan el letargo . [31] Una excepción conocida es la mala voluntad común ( Phalaenoptilus nuttallii ), cuya hibernación fue documentada por primera vez por Edmund Jaeger . [32] [33]
Dormancia y congelación en ectotermos
Debido a que no pueden regular negativamente su temperatura corporal o su tasa metabólica, los animales ectotérmicos (incluidos peces, reptiles y anfibios) no pueden hibernar. Pueden experimentar una disminución de las tasas metabólicas asociadas con ambientes más fríos o baja disponibilidad de oxígeno ( hipoxia ) y exhibir latencia (conocida como brumación). Alguna vez se pensó que los tiburones peregrinos se asentaban en el suelo del Mar del Norte y quedaban dormidos, pero la investigación de David Sims en 2003 disipó esta hipótesis, [34] mostrando que los tiburones viajaban largas distancias a lo largo de las estaciones, rastreando las áreas con mayor cantidad de plancton . Se ha documentado que los tiburones de charretera pueden sobrevivir durante tres horas sin oxígeno y a temperaturas de hasta 26 ° C (79 ° F) [35] como un medio para sobrevivir en su hábitat costero, donde los niveles de agua y oxígeno varían con el marea. Otros animales capaces de sobrevivir largos períodos sin oxígeno o con muy poco oxígeno incluyen peces de colores , deslizadores de orejas rojas , ranas de madera y gansos con cabeza de barra . [36] La capacidad de sobrevivir en condiciones hipóxicas o anóxicas no está estrechamente relacionada con la hibernación endotérmica.
Algunos animales pueden sobrevivir literalmente al invierno congelando. Por ejemplo, algunos peces , anfibios y reptiles pueden congelarse naturalmente y luego "despertarse" en la primavera. Estas especies han desarrollado un mecanismo de tolerancia a la congelación, como las proteínas anticongelantes . [37]
Disparador de inducción de hibernación
El disparador de inducción de hibernación (HIT) es un nombre poco apropiado. Aunque la investigación en la década de 1990 insinuó la capacidad de inducir letargo en animales mediante la inyección de sangre extraída de un animal en hibernación, investigaciones posteriores no han podido reproducir este fenómeno. A pesar de la incapacidad para inducir el letargo, existen sustancias en la sangre de los hibernadores que pueden brindar protección a los órganos para un posible trasplante. Los investigadores pudieron prolongar la vida del corazón de un cerdo aislado con un HIT. [38] Esto puede tener implicaciones potencialmente importantes para el trasplante de órganos , ya que podría permitir que los órganos sobrevivieran hasta 18 horas fuera del cuerpo humano. Esta sería una gran mejora con respecto a las 6 horas actuales.
El supuesto HIT es una mezcla derivada del suero sanguíneo, que incluye al menos una sustancia similar a un opioide . DADLE es un opioide que en algunos experimentos se ha demostrado que tiene propiedades funcionales similares. [39]
Inhumanos
Los investigadores han estudiado cómo inducir la hibernación en humanos. [40] [41] La capacidad de hibernar sería útil por varias razones, como salvar la vida de personas gravemente enfermas o heridas al ponerlas temporalmente en un estado de hibernación hasta que se pueda administrar el tratamiento. Para los viajes espaciales, también se está considerando la hibernación humana, como para las misiones a Marte . [42]
La cuestión también está siendo estudiada por arqueólogos. [43]
Ver también
- Inactividad
- Letargo
- Descanso de invierno
- Criobiología
- Karolina Olsson , la "Bella Durmiente de Oknö"
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enlaces externos
- ¿Hibernan los osos negros?
- Evitación de la congelación en un mamífero: temperaturas corporales por debajo de 0 ° C en un hibernador ártico
- Uso médico potencial
- Conservación del pulmón humano extraído con el uso de factores desencadenantes de la hibernación