Arxiu d'etiquetes: regulació temperatura peixos

Com mantenen la temperatura constant els peixos de sang calenta?

La setmana passada vam veure els mecanismes dels peixos poiquiloterms (de sang freda) per combatre l’excés de calor i les baixes temperatures. Aquesta setmana ens centrarem en els peixos endoterms (o de sang calenta).

INTRODUCCIÓ

El 99% dels peixos són de sang freda, és a dir, la seva temperatura corporal és molt semblant a la de l’aigua. Fins fa poques setmanes se sabia que la tonyina, el grup dels taurons peregrins i el peix espasa eren peixos regionalment de sang calenta. Ara se sap que, a més d’aquestes espècies parcialment endotermes, el peix lluna real és totalment endoterm (el peix lluna real no és el mateix que el peix lluna).

Aquests peixos de sang calenta, ja ho siguin parcial o totalment, tenen, en general, un punt en comú: són grans depredadors de preses veloces i els seus cossos són molt hidrodinàmics.

EL CAS DE LA TONYINA I EL TAURÓ PEREGRÍ

La tonyina i el tauró peregrí tenen uns músculs molt rics en mioglobina (pigment sanguini útil per a la difusió i emmagatzematge d’oxigen dins de les fibres musculars), anomenats músculs rojos, encarregats de la natació, els quals pugen molt de temperatura al nedar. Gràcies a aquests músculs, aquests animals poden nedar de forma constant gràcies a que proporcionen l’energia necessària. Però com que respiren a través de brànquies, fa falta quelcom més per mantenir la temperatura elevada.

Tonyina (Thunnus) (Foto de Greenpeace).
Tonyina (Thunnus) (Foto de Greenpeace).

Tauró peregrí () (Foto de Ocio en Galicia).
Tauró peregrí (Cetorhinus maximus) (Foto de Ocio en Galicia).

Aquest “quelcom” és un sistema de circulació sanguínia a contracorrent. Els músculs rojos estan situats prop de la columna vertebral. Les artèries i venes longitudinals transporten la sang per tot el cos i estan situades a cada costat del cos per sota de la pell. Les artèries longitudinals es ramifiquen en altres de més petites que es dirigeixen cap als músculs rojos. La sang surt d’aquests músculs a través de venes que desemboquen a les venes longitudinals, i van cap al cor. Se’n diu circulació a contracorrent ja que les artèries porten la sang cap als músculs vermells i les venes la treuen d’aquests. Això en realitat forma una complexa rete mirabile, és a dir, les artèries i venes principals es divideixen per formar molts vasos prims que s’encreuen.

Sistema a contracorrent de la sang (Foto extreta d'aquí).
Sistema a contracorrent de la sang: (a) tonyina vermella i (b) tauró blanc (Foto extreta d’aquí).

Aquest sistema a contracorrent permet que la calor captada per la sang venosa en els músculs rojos es transfereixi a la sang arterial que entra e ells, en lloc de dirigir-se a la perifèria del cos i a les brànquies, on es perdria cap a l’aigua. Així doncs, permet conservar la calor produïda als músculs rojos en ells.

Algunes espècies de tonyina, com la tonyina vermella, i de tauró peregrí, a més d’aquests músculs, poden mantenir altes altres parts del cos, com per exemple l’estómac i les vísceres, el cervell i els ulls. Tots aquests òrgans estan irrigats per una rete mirabile.

EL CAS DEL PEIX ESPASA

Els peixos espasa presenten dues particularitats que els diferencien de l’explicació anterior:

  1. Només escalfen el cervell i les retines oculars.
  2. Presenten teixits escalfadors especialitzats.

Els teixits escalfadors consisteixen en músculs extraoculars, que al passat haurien servit per moure els ulls en totes les direccions. Actualment, ja no són contràctils, però mantenen una gran quantitat de mitocondris, els quals serien els encarregats de produir una gran quantitat de calor. Aquesta calor es conserva al cap de l’animal degut a un sistema de circulació a contracorrent, permetent l’escalfament del cervell i de les retines.

Peix espasa (Xiphis gladius) (Foto de Bajo el Agua)
Peix espasa (Xiphis gladius) (Foto de Bajo el Agua)

EL CAS DEL PEIX LLUNA REAL

Un estudi publicat a la revista Science al maig d’aquest any ha revelat que el peix lluna real (Lampris guttatus) és un peix totalment de sang calenta. D’acord amb aquests estudis, la temperatura corporal dels peixos lluna real és uns 5ºC més alta que la del mar.

Peix lluna real (Lampris guttatus) (Foto de IdentidadGeek)
Peix lluna real (Lampris guttatus) (Foto de IdentidadGeek)

La major part d’aquesta calor es produeix als músculs de les altes pectorals, els quals estan rodejats per una capa de greix d’un cm que actua com a aïllant tèrmic. Tot i així, per mantenir la temperatura corporal alta utilitza les seves brànquies, de manera que actuen com una mena de radiador, en les quals hi ha un sistema de circulació sanguínia a contracorrent. Així doncs, la sang escalfada als músculs de les aletes pectorals va cap a les brànquies per oxigenar-se, però evita la pèrdua de calor amb una circulació a contracorrent.

A més, té un circuit secundari que li permet mantenir la temperatura al cervell i als ulls.

REFERÈNCIES

  • Hickman, Roberts, Larson, l’Anson & Eisenhour (2006). Principios integrales de Zoología. McGraw Hill (13 ed).
  • Hill, Wyse & Anderson (2006). Fisiología animal. Editorial Medica Panamericana (1 ed)
  • Wegner, N; Snodgrass, O; Dewar, H & Hyde, JR (2015). Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus. Science. Vol. 348 no. 6236 pp. 786-789, DOI: 10.1126/science.aaa8902

Difusió-català

Com combaten la calor i el fred els peixos?

Entre aquesta setmana i la propera, he decidit parlar sobre els diferents mètodes que tenen els peixos per regular la seva temperatura corporal. Així, aquesta setmana em centraré en els peixos de sang freda (ectoterms o poiquiloterms) i la propera, en els totalment o regionalment de sang calenta (endoterms). 

INTRODUCCIÓ

D’acord amb els fisiòlegs, les relacions tèrmiques entre els animals i els seus ambients poden ser de diferents tipus:

  • Endoterms: són aquells que escalfen els seus teixits corporals mitjançant la producció metabòlica de calor (coneguts popularment com a animals de sang calenta).

Los animales de sangre caliente (endotermos) mantienen la temperatura independientemente de la del ambiente (Foto de Sheppard Software).
Els animals de sang calenta (endoterms) mantenen la temperatura independentment de la de l’ambient (Foto de Sheppard Software).

  • Ectoterms (o poiquiloterms): són aquells en els que les condicions ambientals determinen la temperatura del cos (coneguts popularment com a animals de sang freda).

Los animales de sangre fría (ectotermos o poiquilotermos) tienen la misma temperatura que el ambiente (Foto de Sheppard Software).
Els animals de sang freda (ectoterms o poiquiloterms) tenen la mateixa temperatura que l’ambient (Foto de Sheppard Software).

Els animals de sang freda, com ho són la majoria de peixos, han de tenir la capacitat de tolerar un rang de temperatures bastant ampli (organismes euritèrmics). El motiu és poder funcionar a vàries temperatures corporals per si canvia molt la temperatura ambient.

Un altre concepte és el de la termoregulació, que consisteix en el manteniment de la temperatura corporal relativament constant. Així doncs, independentment de si són endoterms o ectoterms (o poiquiloterms), a la vegada, els animals poden ser termoreguladors o no. Aquesta termoregulació pot deure’s al seu comportament (per exemple, evitant determinades temperatures) o bé per mètodes fisiològics (anomenats en aquest cas homeoterms).

PEIXOS AMB TERMOREGULACIÓ COMPORTAMENTAL

Al mar, les grans masses d’aigua presenten temperatures diferents: les més superficials tenen temperatures més altes que les profundes. Els peixos que opten romandre en una capa d’aigua i no en una altra s’adapten a la seva temperatura i la mantenen mentre es troben en ella. Aquesta és un forma simple de termoregulació comportamental.

COM EVITEN MORIR A UN EXCÉS DE CALOR?

Quan un organisme poiquiloterm s’exposa a temperatures molt altes (però no letals) produeix unes proteïnes anomenades de xoc tèrmic o d’estrès. Aquesta estratègia no és exclusiva dels peixos. De fet, aquesta resposta es produeix en tots els animals. La majoria d’aquestes proteïnes es sintetitzen només quan augmenta molt la temperatura corporal o per algun altre factor. L’augment de la temperatura del cos suposa un risc important de mort ja que produeix la pèrdua de moltes funcions per la desnaturalització de les proteïnes, és a dir, el desplegament i pèrdua de les seves funcions.

Així doncs, les proteïnes de xoc tèrmic s’encarreguen de compensar la desnaturalització de les proteïnes ajudant-les a plegar-se novament. Aquest procés requereix una gran quantitat d’energia.

POR QUÈ NO ES CONGELEN ELS PEIXOS D’AIGÜES FREDES?

Si els peixos no tinguessin mecanismes per evitar la congelació, els seus líquids corporals es congelarien a partir dels -0,1 a -1,9ºC. S’ha de tenir en compte que la congelació interna de les cèl·lules causa la seva mort, el que pot provocar la mort del l’organisme. De totes maneres, en un procés de congelació, el primer que es congela són els líquids corporals que hi ha fora de les cèl·lules, el que suposa menys risc de mort.

Si los peces no tuvieran mecanismos para evitar la congelación, sus líquidos corporales se congelarían a partir de los -0,1 a -1,9ºC (Foto de Kitami City).
Si els peixos no tinguessin mecanismes per evitar la congelació, els seus líquids es congelarien a partir dels -0,1 a -1,9ºC (Foto de Kitami City).

En general, els organismes que s’exposen a la congelació, presenten diferents mètodes per fer front a aquesta situació. Entre aquests, mencionar:

  1. Producció d’anticongelants
  2. Superrefredament

PRODUCCIÓ D’ANTICONGELANTS

Els anticongelants són substàncies dissoltes que s’agreguen als líquid del cos per disminuir el punt de congelació (temperatura a partir de la qual es congela un líquid).

Aquestes substàncies poden funcionar de dues formes diferents. Per una banda, pel simple fet d’estar al líquid, augmenten la concentració de substàncies en aquests líquids i disminueixen el punt de congelació, però no es deu a les seves propietats químiques.

Per altra banda, altres poden tenir propietats químiques específiques que provoquen la disminució el punt de congelació. En específic, s’uneixen als cristalls de gel i impedeixen que aquests puguin créixer. Aquest és el cas de la majoria de peixos teleostis (peixos ossis).

En el cas dels peixos polars, tot i que algunes espècies mantenen els anticongelants durant tot l’any, la majoria els sintetitza només durant l’hivern.

Por posar un exemple a tot això, el llenguado d’hivern (Pleuronectes americanus) és una de les espècies productors d’anticongelants més coneguda. Aquest animal té una gran quantitat de còpies del gen que codifica la síntesi de la proteïna anticongelant i aquests gens es sintetitzen abans de que comenci l’hivern gràcies a la inducció per la reducció de la llum solar.

Lenguado de invierno (Pleuronectes americanus) (Foto de Bio Umass)
Llenguado d’hivern (Pleuronectes americanus) (Foto de Bio Umass)

SUPERREFREDAMENT

El superreframent és el fenomen pel qual les solucions aquoses es refreden progressivament i no es congelen ni per sota del seu punt de congelació. De totes formes, és un estat inestable i la solució superrefredada pot congelar-se espontàniament en qualsevol moment.

Encara que els animals no produeixen voluntàriament el seu superrefredament, poden modificar la probabilitat de congelar-se de forma espontània. Per fer-ho, eliminen els agents nucleants de gel, substàncies que actuen com a focus pel desenvolupament de la congelació.

Algunes espècies de peixos d’aigües profundes poden nadar, malgrat que el punt de congelació sigui a -1ºC, en aigües de -1,9ºC.

REFERÈNCIES

  • Hickman, Roberts, Larson, l’Anson & Eisenhour (2006). Principios integrales de Zoología. McGraw Hill (13 ed).
  • Hill, Wyse & Anderson (2006). Fisiología animal. Editorial Medica Panamericana (1 ed).

Difusió-català