Vedci našli skutočný spôsob, ako sa morské vydry udržujú v teple v studených vodách

(Gerald Corsi/E+/Getty Images)

Život v mraze môže byť pre zvieratá ťažký. Keď sa telo ochladzuje, orgány vrátane mozgu a svalov sa spomaľujú.

Telesná teplota zvierat, ako sú plazy a obojživelníky, väčšinou závisí od teploty ich prostredia – ale cicavce môžu zvýšiť svoj metabolizmus a spotrebujú viac energie na zahriatie tela. To im umožňuje žiť v chladnejších oblastiach a zostať aktívny, keď teploty klesnú v noci alebo počas zimných mesiacov.

Hoci vedci vedia, že cicavce môžu zvýšiť svoj metabolizmus v chlade, nebolo jasné, ktoré orgány alebo tkanivá využívajú túto extra energiu na generovanie väčšieho tepla.



Zostať v teple je obzvlášť náročné pre malé vodné cicavce, ako sú morské vydry, preto sme chceli vedieť, ako sa prispôsobili, aby prežili chlad.

Zhromaždili sme sa a výskumu tím s odbornými znalosťami v oblasti metabolizmu ľudí a morských cicavcov, vrátane Heidi Pearsonová z University of Alaska Juhovýchod a Mike Murray akvária v Monterey Bay. Pochopenie využívania energie u zvierat prispôsobených životu v chlade môže tiež poskytnúť vodítko pre manipuláciu ľudského metabolizmu.

Metabolizmus morskej vydry

Pre cicavce žijúce vo vode je obzvlášť ťažké zostať v teple, pretože voda odvádza teplo z tela oveľa rýchlejšie ako vzduch . Väčšina morských cicavcov má veľké telá a hrubú vrstvu tuku resp tuk na izoláciu .

Morské vydry sú najmenšie z morských cicavcov a nemajú túto hrubú vrstvu tuku. Namiesto toho ich izoluje najhustejšia srsť zo všetkých cicavcov, s počtom až milión vlasov na štvorcový palec .

Táto kožušina však vyžaduje vysokú údržbu pravidelná starostlivosť . Asi 10 percent morskej vydry denná aktivita zahŕňa udržiavanie izolačnej vrstvy vzduchu zachytenej v ich srsti.

Hustá srsť sama osebe nestačí na udržanie tepla vydry. Na vytvorenie dostatočného telesného tepla je rýchlosť ich metabolizmu v pokoji asi trikrát vyššia než u väčšiny cicavcov podobnej veľkosti. Táto vysoká rýchlosť metabolizmu však niečo stojí.

Aby získali dostatok energie na pokrytie vysokého dopytu, musia morské vydry jesť viac ako 20 percent ich telesnej hmotnosti v jedle každý deň. Na porovnanie, ľudia jedia približne 2 percentá svojej telesnej hmotnosti – asi 3 libry (1,3 kilogramu) jedla denne pre osobu s hmotnosťou 155 libier (70 kg).

Odkiaľ pochádza teplo?

Keď zvieratá jedia, energiu v ich potrave nemôžu bunky priamo použiť na prácu. Namiesto toho sa jedlo rozloží na jednoduché živiny, ako sú tuky a cukry. Tieto živiny sú potom transportované v krvi a absorbované bunkami.

V bunke sa nachádzajú časti nazývané mitochondrie, na ktoré sa premieňajú živiny ATP – vysokoenergetická molekula, ktorá funguje ako energetická mena bunky.

Proces premeny živín na ATP je podobný ako priehrada premieňa uloženú vodu na elektrinu . Keď voda vyteká z priehrady, vyrába elektrinu otáčaním lopatiek pripojených ku generátoru – podobne ako vietor otáča lopatky na veternom mlyne. Ak je priehrada netesná, časť vody – alebo uloženej energie – sa stratí a nedá sa použiť na výrobu elektriny.

Podobne presakujúce mitochondrie sú menej účinné pri výrobe ATP zo živín. Hoci uniknutú energiu v mitochondriách nemožno využiť na prácu, vytvára teplo na zahriatie tela morskej vydry.

Všetky tkanivá v tele využívajú energiu a vytvárajú teplo , ale niektoré tkanivá sú väčšie a aktívnejšie ako iné. Svalstvo tvorí 30 percent telesnej hmotnosti väčšiny cicavcov. Keď sú aktívne, svaly spotrebúvajú veľa energie a produkujú veľa tepla. Nepochybne ste to zažili, či už sa pri cvičení rozpálite, resp chvenie pri chlade .

Aby sme zistili, či svalový metabolizmus pomáha udržiavať morské vydry v teple, študovali sme malé vzorky svalov morských vydier rôznej veľkosti a veku od novonarodených mláďat až po dospelých. Vzorky svalov sme umiestnili do malých komôr určených na monitorovanie spotreby kyslíka – miera spotreby energie.

Pridaním rôznych roztokov, ktoré stimulovali alebo inhibovali rôzne metabolické procesy, sme určili, koľko energie môžu mitochondrie použiť na výrobu ATP – a koľko energie by mohlo ísť do úniku tepla.

Objavili sme mitochondrie v svaly morskej vydry môžu byť veľmi deravé , čo umožňuje vydrám zvýšiť teplo vo svaloch bez fyzickej aktivity alebo triašky.

Ukazuje sa, že svalovina morskej vydry je dobrá v tom, že je neefektívna. Energia „stratená“ ako teplo pri premene živín na pohyb im umožňuje prežiť chlad.

Je pozoruhodné, že sme zistili, že novonarodené mláďatá majú rovnakú metabolickú schopnosť ako dospelí, aj keď ich svaly ešte nedozreli na plávanie a potápanie.

Širšie dôsledky

Náš výskum jasne dokazuje, že svaly sú dôležité nielen pre pohyb. Pretože svaly tvoria takú veľkú časť telesnej hmoty, aj malé zvýšenie svalového metabolizmu môže dramaticky zvýšiť množstvo energie, ktorú zviera spotrebuje.

To má dôležité dôsledky pre ľudské zdravie. Ak vedci objavia spôsoby, ako bezpečne a reverzibilne zvýšiť metabolizmus kostrového svalstva v pokoji, lekári by to mohli použiť ako nástroj na zníženie stúpajúcej miery obezity zvýšením množstva kalórií, ktoré môže pacient spáliť.

Naopak, zníženie metabolizmu kostrového svalstva by mohlo u pacientov trpiacich touto chorobou šetriť energiu rakovina alebo iné choroby súvisiace s plytvaním a mohli by znížiť množstvo potravín a zdrojov potrebných na podporu astronautov pri dlhotrvajúcich kozmických letoch.

Traver Wright , odborný asistent pre výskum zdravia a kineziológie, Texaská univerzita A&M ; Melinda Sheffield-Moore , profesor zdravia a kineziológie, Texaská univerzita A&M , a Randall Davis , profesor regentov, Katedra morskej biológie, Texaská univerzita A&M .

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.