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¿Cómo mantienen la tempertura constante los peces de sangre caliente?

La semana pasada vimos los mecanismos de los peces poiquiotermos (o de sangre fría) para combatir el exceso de calor y las bajas temperaturas. Esta semana nos vamos a centrar en los peces endotermos (o de sangre caliente).

INTRODUCCIÓN

El 99% de los peces son de sangre fría, es decir, su temperatura corporal es muy parecida a la del agua. Hasta hace pocas semanas se sabía que el atún, el grupo de los tiburones peregrinos y el pez espada eran peces regionalmente de sangre caliente. Ahora se sabe que, además de estas especies parcialmente endotermas, el pez luna real es totalmente endotermo (no hay que confundirlo con el pez luna)

Estos peces de sangre caliente, ya lo sean parcial o totalmente, tienen, en general, un punto en común: son grandes depredadores de presas veloces y sus cuerpos son muy hidrodinámicos.

EL CASO DEL ATÚN Y EL TIBURÓN PEREGRINO

El atún y el tiburón peregrino tienen unos músculos muy ricos en mioglobina (pigmento sanguíneo útil para la difusión y almacenamiento de oxígeno dentro de las fibras musculares), llamados músculos rojos, encargados de la natación, los cuales suben mucho de temperatura al nadar. Gracias a estos músculos, estos animales pueden nadar de forma constante gracias a que proporcionan la energía necesaria. Pero como respiran a través de branquias, hace falta algo más para mantener la temperatura elevada.

Tonyina (Thunnus) (Foto de Greenpeace).
Atún (Thunnus) (Foto de Greenpeace).
Tauró peregrí () (Foto de Ocio en Galicia).
Tiburón peregrino (Cetorhinus maximus) (Foto de Ocio en Galicia).

Este “algo” es un sistema de circulación sanguínea a contracorriente.  Los músculos rojos están situados cerca de la columna vertebral. Las arterias y venas longitudinales transportan la sangre por todo el cuerpo y están situadas en cada lado del cuerpo por debajo de la piel. Las arterias longitudinales se ramifican en otras de más pequeñas que se dirigen hacia los músculos rojos. La sangre sale de dichos músculos a través de venas que desembocan a las venas longitudinales, y van de vuelta al corazón. Se llama circulación a contracorriente puesto que las arterias llevan la sangre hacia los músculos rojos y las venas la sacan de ellos. Esto en realidad forma una compleja rete mirabile, es decir, las arterias y venas principales se dividen para formar muchos vasos delgados que se entrecruzan.

Sistema a contracorrent de la sang (Foto extreta d'aquí).
Sistema a contracorriente de la sang: (a) atún rojo y (b) tiburón blanco (Foto extraída de aquí).

Este sistema a contracorriente permite que el calor captado por la sangre venosa en los músculos rojos se transfiera a la sangre arterial que entra a ellos, en lugar de dirigirse a la periferia del cuerpo y a las branquias, donde se perdería hacia el agua. Así pues, permite conservar el calor producido en los músculos rojos en ellos.

Algunas especies de atún, como el atún rojo, y de tiburón pelegrino, además de estos músculos, pueden mantener altas otras partes de su cuerpo, como por ejemplo el estómago y las vísceras, el cerebro y los ojos. Todos estos órganos están irrigados por una rete mirabile.

EL CASO DEL PEZ ESPADA

Los peces espada presentan dos particularidades que los difieren de la explicación anterior:

  1. Sólo calientan el cerebro y las retinas oculares.
  2. Poseen tejidos calentadores especializados.

Los tejidos calentadores consisten en músculos extraoculares, que en un pasado le hubieran servido para mover los ojos en todas las direcciones. Actualmente, ya no son contráctiles, pero mantienen una gran cantidad de mitocondrias, las cuales serían las encargadas de producir una gran cantidad de calor. Este calor se conserva en la cabeza del animal debido a un sistema de circulación a contracorriente, permitiendo el calentamiento del cerebro y las retinas.

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

EL CASO DEL PEZ LUNA REAL

Un estudio publicado en la revista Science en mayo de este año ha revelado que el pez luna real (Lampris guttatus) es un pez totalmente de sangre caliente. De acuerdo con estos estudios, la temperatura corporal de los peces luna real es unos 5ºC más alta que la del mar.

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

La mayor parte de este calor se produce en los músculos de las aletas pectorales, los cuales están rodeados por una capa de grasa de un cm que actúa como aislante térmico. A pesar de esto, para mantener la temperatura corporal alta utiliza sus branquias, de manera que actúa como una especie de radiador, en las cuales hay un sistema de circulación sanguínea a contracorriente. Así pues, la sangre calentada en los músculos de las aletas pectorales va hacia las branquias para oxigenarse, pero evita la pérdida de calor con un circulación a contracorriente.

Además, tiene un circuito secundario que le permite mantener la temperatura en el cerebro y en los ojos.

REFERENCIAS

  • 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

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¿Cómo combaten los peces el calor y el frío?

Entre esta semana y la próxima, he decidido hablar sobre los diferentes métodos que tienen los peces para regular su temperatura corporal. Así, esta semana me centraré en los peces de sangre fría (ectotermos o poiquilotermos) y la próxima, en los total o regionalmente de sangre caliente (endotermos).

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con los fisiólogos, las relaciones térmicas entre los animales y sus ambientes pueden ser de diferentes tipos:

  • Endotermos: son aquellos que calientan sus tejidos corporales por medio de la producción metabólica de calor (conocidos popularmente como animales de sangre caliente)
Los animales de sangre caliente (endotermos) mantienen la temperatura independientemente de la del ambiente (Foto de Sheppard Software).
Los animales de sangre caliente (endotermos) mantienen la temperatura independientemente de la del ambiente (Foto de Sheppard Software).
  • Ectotermos (o poiquilotermos): son aquellos en los que las condiciones ambientales determinan la temperatura de su cuerpo (conocidos popularmente como animales de sangre fría).
Los animales de sangre fría (ectotermos o poiquilotermos) tienen la misma temperatura que el ambiente (Foto de Sheppard Software).
Los animales de sangre fría (ectotermos o poiquilotermos) tienen la misma temperatura que el ambiente (Foto de Sheppard Software).

Los animales de sangre fría, como son la mayoría de peces, deben tener la capacidad de tolerar un rango de temperaturas bastante amplio (organismos euritérmicos). El motivo es poder funcionar a varias temperaturas corporales por si cambia mucho la temperatura ambiente.

Otro concepto es el de la termorregulación, que consiste en el mantenimiento de la temperatura corporal relativamente constante. Así pues, independientemente de si son endotermos o ectotermos (o poiquilotermos), a la vez, los animales pueden ser termoreguladores o no. Esta termorregulación puede deberse a su comportamiento (por ejemplo, evitando determinadas temperaturas) o bien por métodos fisiológicos (llamándose en este caso homeotermos).

PECES CON TERMORREGULACIÓN CONDUCTUAL

En el mar, las grandes masas de aguas presentan temperaturas distintas: las más superficiales tienen temperaturas más altas que las profundas. Los peces que optan por permanecer en una capa de agua y no en otra se adaptan a su temperatura y la mantienen mientras se encuentren en ella. Esta es una forma simple de termorregulación conductual.

¿CÓMO EVITAN MORIR A UN EXCESO DE CALOR?

Cuando un organismo poiquilotermo se expone a temperaturas muy altas (pero no letales) produce unas proteínas llamadas de choque térmico o de estrés. Esta estrategia no es exclusiva de los peces. De hecho, esta respuesta se produce en todos los animales. La mayoría de estas proteínas se sintetizan sólo cuando aumenta mucho la temperatura corporal o por algún otro factor. El aumento de la temperatura del cuerpo supone un riesgo importante de muerte ya que produce la pérdida de muchas funciones por la desnaturalización de las proteínas, es decir, el desplegamiento y pérdida de sus funciones.

Así pues, las proteínas de choque térmico se encargan de compensar la desnaturalización de las proteínas ayudándolas a plegarse nuevamente. Este proceso requiere una gran cantidad de energía.

¿POR QUÉ NO SE CONGELAN LOS PECES DE AGUAS FRÍAS?

Si los peces no tuvieran mecanismos para evitar la congelación, sus líquidos corporales se congelarían a partir de los -0,1 a -1,9ºC. Hay que tener en cuenta que la congelación interna de las células causa su muerte, lo que puede provocar la muerte del organismo. De todos modos, en un proceso de congelación, lo primero que se congela son los líquidos corporales que hay fuera de las células, lo que supone menos riesgo de muerte.

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 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).

En general, los organismos que se exponen a la congelación, presentan diferentes métodos para hacer frente a esta situación. Entre estos, mencionar:

  1. Producción de anticongelantes
  2. Superenfriamiento

PRODUCCIÓN DE ANTICONGELANTES

Los anticongelantes son sustancias disueltas que se agregan a los líquidos del cuerpo para disminuir el punto de congelación (temperatura a partir de la cual se congela un líquido).

Estas sustancias pueden funcionar de dos formas distintas. Por un lado, por el simple hecho de estar en el líquido, aumentan la concentración de sustancias en estos líquidos y disminuyen el punto de congelación, pero no se debe a sus propiedades químicas.

Por otro lado, otras pueden tener propiedades químicas específicas que provocan la disminución del punto de congelación. En específico, se unen a los cristales de hielo e impidan que éstos puedan crecer. Éste es el caso de la mayoría de peces teleósteos (peces óseos).

En el caso de los peces polares, aunque algunas especies mantienen los anticongelantes durante todo el año, la mayoría los sintetiza sólo durante el invierno.

Por poner un ejemplo a todo esto, el lenguado de invierno (Pleuronectes americanus) es una de las especies productoras de anticongelantes más conocida. Este animal tiene una gran cantidad de copias del gen que codifica la síntesis de la proteína anticongelante y estos genes se sintetizan antes de que empiece el invierno gracias a la inducción por la reducción de la luz solar.

Lenguado de invierno (Pleuronectes americanus) (Foto de Bio Umass)
Lenguado de invierno (Pleuronectes americanus) (Foto de Bio Umass)

SUPERENFRIAMIENTO

El superenfriamiento es el fenómeno por el cual las soluciones acuosas se enfrían progresivamente y no se congelan ni por debajo de su punto de congelación. De todas formas, es un estado inestable y la solución superenfriada puede congelarse espontáneamente en cualquier momento.

Aunque los animales no producen voluntariamente su superenfriamiento, pueden modificar la probabilidad de congelarse de forma espontánea. Para hacerlo, eliminan los agentes nucleantes de hielo, sustancias que actúan como foco para el desarrollo de la congelación.

Algunas especies de peces de aguas profundas pueden nadar, a pesar de que el punto de congelación sea a -1ºC, en aguas de -1,9ºC.

REFERENCIAS

  • 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).

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