Los seres vivos acoplan sus procesos bioquímicos, fisiológicos y metabólicos a las condiciones de los ambientes en los que se desarrollan, de manera que son dependientes de parámetros inherentes a estos, como la temperatura y otros. En este sentido, los distintos organismos termorregulan, ya sea mediante cambios conductuales y/o cambios fisiológicos y metabólicos. Con base en esto, se presenta la determinación de patrón de cambios de la temperatura y masa corporal de sapos (Rhinella marina) y ratones (Mus musculus) como respuesta a tratamientos en los que se les sometió a temperaturas ambientales de 10, 15, 25 y 35 °C durante un periodo de dos horas. Las mediciones de temperatura se realizaron cada 15 min. Algunos de los resultados más importantes permiten evidenciar que los sapos adaptan su temperatura a la temperatura ambiental, mientras que los ratones la mantienen siempre por encima de esta.
1. INTRODUCCIÓN
Muchos sistemas de órganos juegan un papel en el mantenimiento del ambiente interno de los organismos, una tarea que puede representar en ocasiones un reto en función del tamaño y del ambiente externo. En este sentido, uno de los parámetros importantes a cuidar desde el punto de vista fisiológico es la temperatura (Randall et al., 1999). Las temperaturas fuera de los rangos normales pueden reducir la eficiencia de reacciones enzimáticas, alterar la fluidez de membranas biológicas y afectar muchos otros procesos bioquímicos sensibles a las temperaturas, posiblemente resultando en consecuencias fatales (Álvarez et al., 2009). La termorregulación es el proceso mediante el cual los animales mantienen su temperatura corporal en un rango determinado. El calor para la termorregulación puede venir ya sea del metabolismo interno, o del ambiente externo. Los mamíferos, las aves y algunos reptiles, peces e insectos son animales endotermos, lo cual significa que son calentados mayormente por calor generado metabólicamente. En contraste, la mayor parte de los reptiles, peces, anfibios e invertebrados son ectotermos, lo cual implica que ganan gran parte de su calor de fuentes externas, sin embargo, ambos términos no son mutuamente excluyentes (Campbell et al., 2014).
Figura 1. Individuo del género Rhinella Fuente
Los endotermos pueden mantener una temperatura relativamente estable incluso durante fluctuaciones amplias de las temperaturas ambientales, y generalmente mantienen su temperatura por debajo de la ambiental (en caso de un ambiente muy caliente) o por encima de esta (en caso de un ambiente muy frio). Por su parte, si bien los ectotermos no generan suficiente calor para la termorregulación, muchos regulan su temperatura corporal mediante comportamientos de búsqueda de sombra o de sol; y ya su fuente de calor es mayormente externa, por lo general necesitan consumir mucho menos alimento que los endotermos, y son capaces de tolerar amplias fluctuaciones en su temperatura interna (Campbell et al., 2014; Willmer et al., 2005)
Figura 2. Individuo de la especie Mus musculus Fuente
Independientemente de la fuente de calor, los animales pueden tener ya sea una temperatura corporal constante o variable. Un animal cuya temperatura corporal varia con la de su ambiente, es denominado poiquilotermo, por otra parte, los que la mantienen en un rango relativamente constante se denominan homeotermos (Hill et al., 2006). Naturalmente, existen animales que pueden ser endotermos y a su vez poiquilotermos, así como otros ectotermos y homeotermos. En todo caso, estos exhiben toda una amplia gama de estrategias fisiológicas y conductuales que les permiten termorregular su cuerpo (Willmer et al., 2005). En función de lo antes expuesto, en el presente estudio se describe la determinación de los patrones de temperatura y masa corporal en sapos (Rhinella marina) y ratones (Mus musculus) al ser expuestos a temperaturas ambientales de 10, 15, 25 y 35 °C durante 2 horas.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Todos los procedimientos a continuación descritos se llevaron a cabo como se especifica en la “Guía de prácticas de fisiología animal” (Andara & Sánchez, 2016).
2.1. Preparación de las cámaras térmicas
Las cámaras térmicas se construyeron empleando cavas de anime en las cuales se introdujeron dos recipientes de plástico de tamaño mediano. En función de la temperatura a evaluar, se agregó hielo u agua caliente en cada caso, midiendo la temperatura dentro de los frascos con un termómetro. En las temperaturas mayores, se usó una bomba de aire para proveer de oxígeno a los animales, evitando que se sofocaran. Se procuró medir la temperatura de los frascos cada cierto tiempo, cuidando mantener una temperatura constante y adicionando hielo u agua caliente según el caso para lograrlo.
2.2. Temperatura y masa corporal en sapos y ratones expuestos a diferentes temperaturas ambientales
Para los experimento se emplearon cuatro sapos (Rhinella marina) y cuatro ratones (Mus musculus). Los animales se sometieron a temperaturas ambientales de 10, 15, 25 y 35 °C introduciéndolos independientemente en los frascos contenidos en cada cava con una temperatura particular, de manera que en cada una de ellas hubiese un sapo y un ratón. Las temperaturas corporales fueron registradas empleando un termopar e introduciéndolo sutilmente en la cloaca de los sapos (temperatura cloacal) o en el recto de los ratones (temperatura rectal). Por su parte, las masas se determinaron empleando una balanza analítica.
Se midió temperatura y masa corporal basal de todos los individuos, luego de lo cual fueron introducidos en las cámaras térmicas. Finalmente, se realizaron mediciones del mismo tipo cada 15 min durante 2 horas, cuidando hacerlas rápidamente y evitando al máximo el contacto con los animales. En los resultados se presentan las curvas temperatura corporal promedio y masa corporal promedio en función de la temperatura ambiental, además de las curvas de los cambios en las temperaturas corporales a lo largo del tiempo.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Temperatura y masa corporal promedio en función de la temperatura ambiental
En la Figura 3 se presenta el comportamiento de la temperatura y de la masa corporal para los sapos y los ratones en función de la temperatura ambiental. Se puede observar que en todos los casos la temperatura de los ratones fue mayor que la de los sapos. En ambos organismos se detalló un aumento paulatino de la temperatura interna a medida que la temperatura ambiental se incrementaba, sin embargo, en los sapos la interna fue siempre más cercana a la ambiental (casi idéntica en 15, 20 y 25 °C) mientas que en los ratones la interna estuvo siempre alejada y por encima de la ambiental.
Figura 3. Temperatura y masa corporal promedio de sapos y ratones en función de la temperatura ambiental. En el eje vertical izquierdo se presenta la escala en °C de temperatura, mientras que en el eje vertical derecho se expone la escala de masa en g. Los valores promedio se presentan con sus respectivas barras de desviación estándar.
Por su parte, la masa corporal presentó un patrón de respuesta inverso al aumento de la temperatura. Se pudo detallar que los ratones perdieron muy poca masa corporal a medida que su temperatura aumentó, observándose la disminución más evidente cuando la temperatura era alta. En contraste, los sapos perdieron mucha masa corporal a medida que su temperatura fue aumentando (a pesar de que por obvias razones de tamaño, estos fueron siempre más pesados que los ratones). Por su naturaleza de mamíferos, los ratones son animales endotermos y homeotermos, explicando que su temperatura corporal haya sido siempre mayor a la temperatura ambiental, siendo en 35 °C la única temperatura ambiente a la cual la interna fue bastante cercana, probablemente porque al ser una temperatura por encima de la normal (usando como referencia la temperatura corporal a 25 °C), el ratón ya empezaba a emplear estrategias como la vasodilatación, el bombeo de sangre a las orejas y el jadeo (todas observadas) para disminuir su temperatura hasta por debajo de la ambiental (Willmer et al., 2005).
Sin embargo, se esperaba que por ser además homeotermo su temperatura no fluctuara enormemente, lo cual ocurrió. Esto último se puede explicar en función del tamaño, ya que si bien es cierto que mientras más grande sea un animal, mayor es su tasa metabólica para cumplir con las demandas y mayor es el intercambio de calor por convección con el ambiente (Hill et al., 2006), también lo es que al ser un animal de pequeño calibre es más difícil mantener una tasa metabólica tal que los cambios de temperaturas ambientales no fluctúen importantemente la temperatura interna. De manera que el comportamiento de la variación de temperatura quizás acerque a los ratones más a organismos poiquilotermos. Durante las mediciones, se observó que los ratones orinaron y defecaron en distintas ocasiones, lo cual es una respuesta tanto ante el estrés, como ante temperaturas elevadas para intentar disipar calor por evaporación (Campbell et al., 2014), y de alguna manera explica las pérdidas de peso observadas.
En los sapos se detalló el mismo comportamiento, sin embargo, las mayores pérdidas de peso al aumentar la temperatura pueden explicarse ya que la piel de los sapos es mucho más permeable al agua y a la humedad como estrategia para mantenerse hidratados y poder respirar aun en ambientes con poca agua (Feder & Burggren, 1992). Así, su piel también es más susceptible a perder calor por evaporación, lo cual posiblemente explique que al aumentar las temperaturas, las pérdidas de peso fueron mayores en magnitud respecto a los ratones. Finalmente, el comportamiento observado respecto a las grandes fluctuaciones de temperatura interna en función de la ambiental en los sapos se corresponde con lo esperado, ya que se sabe que los anfibios son organismos ectotermos y poiquilotermos (Campbell et al., 2014).
3.2. Temperatura corporal a lo largo del tiempo en función de la temperatura ambiental
En la Figura 4 a) y 2 b) se muestran los patrones de comportamiento de las temperaturas corporales de los sapos y ratones respectivamente, en función del tiempo de exposición ante las distintas temperaturas ambientales. En el caso de los sapos, la temperatura inicial fue de 25 °C (similar a la ambiental) y se puede detallar que en los tratamientos a 25 y 30 °C las temperaturas internas y externas son muy similares y constantes.
Mientras que en 15 y 10 °C las temperaturas tienden a fluctuar, pero se mantienen cerca de la ambiental. Por su parte, en los ratones la temperatura si bien fluctuó, se mantuvo siempre muy por encima de la temperatura ambiental exceptuando quizás en el tratamiento a 35 °C en el que una medición presentó una temperatura interna igual a la externa, siendo la basal de 30 a 33 °C. Se observó además que la fluctuación de temperaturas en general fueron mayores en los sapos que en los ratones.
Figura 4. Cambios de temperatura corporal a lo largo del tiempo en sapos (a) y en ratones (b) en función de los tratamientos a 10, 15, 25 y 35 °C. Los ratones presentaron temperaturas siempre por encima de la temperatura de tratamiento, mientras que los sapos presentaron temperaturas similares a las de los tratamientos.
Como ya se mencionó anteriormente, los ratones son animales endotermos y homeotermos y los sapos son ectotermos y poiquilotermos (Campbell et al., 2014). Esto explica que en los patrones de cambio de las temperaturas los primeros hayan presentado fluctuaciones de temperaturas en un rango más reducido, y hayan mantenido su temperatura corporal siempre por encima de la temperatura de tratamiento; y que los segundos hayan fluctuado en temperatura interna a valores similares o cercanos a la temperatura de tratamiento. Es interesante resaltar como los sapos en temperaturas como 25 °C y 35 °C mantuvieron sus temperaturas a lo largo del tiempo casi perfectamente constantes, invitando a pensar que la poiquilotermia y la homeotermia no son tampoco del todo excluyentes entre sí, o al menos no en circunstancias relativas. Las variaciones en las tendencias de temperatura pueden deberse en el caso de los sapos a fluctuaciones en la temperatura ambiental, y en el caso de ambos (sapos y ratones) a posibles errores derivados de la manipulación y medición de los animales.
4. CONCLUSIONES
• La temperatura corporal promedio de los sapos fue casi siempre la misma que la temperatura ambiental. Por su parte, los ratones presentaron una temperatura corporal promedio siempre por encima de la externa y que la de los sapos.
• Se observó una pérdida muy pequeña de peso en los ratones al aumentar la temperatura, en contraste con la gran pérdida de peso evidenciada en los sapos.
• Las fluctuaciones o cambios de temperatura interna en función de la temperatura de tratamiento son mayores en los sapos en relación con las observadas en los ratones.
• Los ratones presentan temperaturas basales mayores a los sapos aun estando en el mismo ambiente. Además, estos últimos mantienen su temperatura relativamente constante y por encima de la temperatura ambiental en todos los casos.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Álvarez, A., H. Pérez, T. Martín, J. Quincosa & A. Sánchez. (2009). Fisiología animal aplicada. Editorial Universidad de Antioquia. Antioquia, Colombia. 380 pp.
Andara, C. & E. Sánchez. Guía de prácticas de fisiología animal. (2016). Universidad de Carabobo, Facultad de Ciencias y Tecnología, Departamento de Biología. Carabobo, Venezuela. 71 pp.
Campbell, N., J. Reece, L. Urry, M. Cain, S. Wasserman, P. Minorsky & R. Jackson. (2014). Biology. Pearson Education, Inc. New York, Estados Unidos de América. 1279 pp.
Feder, M. & W. Burggren. Enviromental physiology of the amphibians. (1992). The University of Chicago Press. Chicago, Estados Unidos de América. 646 pp.
Hill, R., G. Wyse, & M. Anderson. (2006). Fisiología animal. Editorial Médica Panamericana S.A. Madrid, España. 916 pp.
Randall, D., W. Burggren & K. French. (1999). Eckert: Fisiología animal. Mecanismos y adaptaciones. McGraw-Hill Interamericana. Madrid, España. 790 pp.
Willmer, P., G. Stone & I. Johnston. (2005). Enviromental physiology of animal. Blackwell publishing. Massachusetts, Estados Unidos de América. 706 pp.
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Muy interesante tu publicación.
Yo soy Biólogo Marino y trabaje con temperaturas pero aplicado a los erizos de mar específicamente al erizo verdi-blanco
TOLERANCIA TÉRMICA DE EMBRIONES DEL ERIZO Lytechinus variegatus (LAMARCK, 1816) EN CONDICIONES DE LABORATORIO.
Te felicito..