Francis en #rosavientos: Un pez con sangre caliente

Por Francisco R. Villatoro, el 24 mayo, 2015. Categoría(s): Biología • Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Noticias • Science • Termodinámica

Dibujo20150516 Body temperature in the opah - L guttatus - science mag

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Los animales se suelen calificar en los que tienen sangre caliente (homeotermos y endotermos), como las aves y los mamíferos, y los que tienen sangre fría (poiquilotermos y ectotermos), como los peces y reptiles. Todos los peces son de sangre fría, con algunas excepciones que tienen algunos órganos calientes. Se publica en Science el primer pez con sangre caliente en la mayor parte de su cuerpo. El pez luna real es el pez más próximo a los homeotermos. Este pez depredador calienta gran parte de su cuerpo para nadar mejor por aguas frías y profundas, mejorando sus habilidades de caza. Su secreto está en el tejido de sus agallas que presenta una red de vasos sanguíneos sumamente compactos que intercambia calor entre venas y arterias, la llamada red maravillosa.

El artículo es Nicholas C. Wegner et al., «Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus,» Science 348: 786-789, 15 May 2015, doi: 10.1126/science.aaa8902; más información en Erik Stokstad, «Scientists discover first warm-bodied fish,» Science News, 14 May 2015.

Recomiendo leer a Juan Ignacio Pérez, «La red maravillosa de los atunes,» Zoo Logik, 12 Jun 2014; «Peces bajo cero,» Zoo Logik, 04 Ago 2014; «La estufa interna,» Zoo Logik, 24 Nov 2014; «Heterotermos,» Zoo Logik, 30 Abr 2015.

En español puedes leer a Antonio Martínez Ron, «Descubren el primer pez de ‘sangre caliente’,» Next, Voz Pópuli, 14 May 2015; Miguel Ángel Criado, «Descubren el primer pez 100% de sangre caliente,» Materia, El País, 14 May 2015; «Primer pez con sangre caliente. El pez luna real calienta todo su cuerpo para nadar mejor por aguas frías,» Agencia SINC, 14 May 2015.

Dibujo20150516 Body temperature in the opah - L guttatus - science mag

En el colegio todos hemos aprendido que los mamíferos y las aves tienen sangre caliente, y que los reptiles y los peces tienen sangre fría. ¿Hay excepciones a esta regla tan popular? En biología los animales de sangre caliente y de sangre fría se llaman homeotermos y poiquilotermos; como en muchas cosas hay que hablar de tonos de grises en lugar de blanco o negro. La sangre de muchos animales ni es del todo caliente ni del todo fría, por ello muchos biólogos prefieren evitar el uso de estos términos tan populares. Los animales homeotermos, como las aves y los mamíferos, pueden regular su temperatura corporal y mantenerla casi constante; para lograrlo estos animales son endotermos, usan una fuente de calor endógena o interna, su propio metabolismo, la energía que obtienen de los alimentos. Por ello los animales homeotermos necesitan unas diez veces más alimento que los animales de sangre fría o poiquilotermos. Sólo se conoce un mamífero homeotermo que no sea endotermo, la rata topo desnuda (Heterocephalus glaber), que mantiene constante su temperatura corporal a unos 30 ºC gracias a que las cavidades subterráneas en las que vive se encuentran siempre a esa temperatura. Los animales poiquilotermos, o de sangre fría, que no pueden regular su temperatura corporal suelen ser ectotermos, obtienen el calor del ambiente exterior. La mayoría de los peces mantiene la temperatura de su cuerpo igual a la del agua en la que viven, salvo algunas excepciones. Esta semana ha sido noticia el descubrimiento del primer pez conocido que podemos calificar como de sangre caliente. El pez luna real es capaz de calentar su cerebro, su corazón y los demás órganos importantes de su cuerpo hasta 5 ºC por encima de la temperatura del agua.

Dibujo20150516 Anatomy and vasculature of the opah gill - L guttatus - science mag

Hay peces en todos los océanos del planeta, incluidos los que circundan los polos, en aguas cuyas temperaturas se encuentran por debajo de cero grados centígrados. ¿Cómo pueden vivir los peces en estas aguas tan frías sin congelarse? La temperatura a la que se congela el agua destilada es de 0 ºC, pero las disoluciones se congelan a temperaturas más bajas. El agua del mar tiene sales y se congela a unos -1,8 ºC. La sangre de los teleosteos marinos, la gran mayoría de los peces de mar, se congela a temperaturas de entre -0,6 ºC y -0,8 ºC. Hay peces en aguas más frías porque sus cuerpos son capaces de acumular en su interior sustancias que tienen efecto anticongelante, como ciertas glucoproteínas y ciertos péptidos. Estas moléculas orgánicas son similares a los líquidos anticongelantes que usamos en los radiadores de los automóviles cuando llega el invierno. También hay peces que son capaces de mantener ciertas partes de su cuerpo calientes, como los músculos natatorios de las aletas, el cerebro o los ojos. Los animales de sangre caliente tienen mayor capacidad de reacción y mayor potencia muscular, por ello, ciertos peces depredadores son endotermos parciales o regionales. Entre estos peces tenemos los atunes, los grandes tiburones, el pez vela y el pez espada. En general los poiquilotermos tienen órganos más complejos, y genomas más grandes y complejos, que los de los homotermos en el mismo nicho ecológico. Y pueden tener de cuatro a diez enzimas que realizan la misma función bioquímica pero operan a distintas temperaturas. Pero todos estos peces con endotermia regional tienen el corazón frío y ninguno distribuye esa sangre caliente por todo su cuerpo. El gran descubrimiento del biólogo marino Nicholas Wegner, de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE UU (conocida por sus siglas en inglés NOAA), junto a otros colegas, es que el pez luna real (Lampris guttatus) mantiene todo su cuerpo a temperaturas de hasta cinco grados por encima de las aguas frías en las que habita. Se trata del primer pez que se comporta como un animal homeotermo, algo reservado a mamíferos y a pájaros.

Dibujo20150516 table body-temperature measurements - opah - L guttatus - science mag

En la radio es difícil mostrar imágenes visuales, pero podemos hacer un esfuerzo. ¿Cómo es el pez luna real y cómo se ha descubierto que tiene sangre caliente? El pez luna real tiene una forma ovalada y plana, con un diámetro similar al de una alcantarilla o un neumático de coche. A diferencia de la mayoría de los peces, se desplaza por el agua como un pájaro, moviendo sus aletas pectorales como si fueran alas. Este pez de vivos y variados colores, del rojo al azul pasando por el naranja, presenta lunares blancos iridiscentes que puntean su piel, por ello los pescadores andaluces lo llaman gitana o flamenca. Vive en casi todos los mares cálidos, pero es un animal raro de ver, aunque en la última década, quizá debido al calentamiento de los océanos, los biólogos y los pescadores están avistando o capturado un número cada vez mayor de peces luna real. El biólogo Nick Wegner y sus colegas han capturado en la costa de California una veintena de ejemplares. Las medidas en la cubierta del barco muestran que la temperatura de la región craneal es de (6,0 ± 3,0) ºC más caliente que la del agua; la de los músculos pectorales, vísceras y corazón es de (3,8 ± 0,8) ºC, (3,5 ± 1,0) ºC y (3,2 ± 0,7) ºC mayor que la del agua. Para confirmar estas medidas, estos biólogos devolvieron al mar a los peces con hasta 35 sensores térmicos distribuidos por todo su cuerpo y conectados al barco con un sedal. Los sensores mostraron que los peces mantienen una temperatura media en los músculos pectorales de (4,8 ± 1,2) ºC más que el agua en la que se encuentran (que está entre 7,8 y 10,8 ºC a entre 50 y 300 metros de profundidad). Además, esta temperatura se mantiene prácticamente constante sin grandes fluctuaciones.

Dibujo20150516 opah thermosensor placement - L guttatus - science mag

Algunos peces, como los atunes, pueden mantener calientes ciertas partes de su cuerpo, ¿cómo logran evitar el frío de las aguas profundas? Los peces que son endotermos parciales suelen generar su calor corporal gracias a su musculatura. Los atunes (túnidos) se desplazan a gran velocidad a lo largo de distancias enormes y realizan esfuerzos muy intensos de corta duración usando su poderosa musculatura blanca. Este alto rendimiento físico lo logran porque mantienen su musculatura roja unos 10 ºC por encima de la temperatura del agua en la que nadan. Su secreto es retener parte del calor que produce su actividad muscular, evitando que se disipe hacia el exterior. El sistema circulatorio de los atunes tiene la llamada red maravillosa (rete mirabile) que permite que la sangre (arterial) fría procedente de las branquias se caliente antes de llegar a los músculos por intercambio de calor con la sangre (venosa) que ya ha atravesado la musculatura. Ese intercambio de calor se produce entre vasos sanguíneos dispuestos muy próximos unos a otros pero en cuyo interior la sangre circula en sentidos opuestos. Gracias a este intercambiador contra corriente los atunes son endotermos parciales. No son homeotermos porque no mantienen constante la temperatura de todo su cuerpo, sino sólo de su musculatura lenta. Por ello cuando descienden centenares de metros hasta la región mesopelágica, donde la luz apenas llega y el agua está muy fría, tienen que volver a subir hasta aguas más cálidas para recuperarse. Otros peces con endotermia regional, como los peces vela y espada, tienen un mecanismo similar pero lo usan para mantener el cerebro caliente.

Dibujo20150516 vasculature of the opah gill - L guttatus - science mag

El pez luna real logra calentar todo su cuerpo. ¿Se sabe cómo logra algo tan asombroso? El nuevo estudio publicado esta semana en la revista Science indica que la evolución ha dotado al pez luna real de una mejora del mecanismo de endotermia regional de los atunes y de otros peces endotermos parciales. Los datos de satélite mostraban que el pez luna real pasa casi todo el tiempo entre los 50 y los 500 metros de profundidad, luego se sospechaba que debían usar una red maravillosa de vasos sanguíneos que actúa como intercambiador contra corriente similar a la de los atunes. Sin embargo, a diferencia de los atunes, no se encuentra en la musculatura de las aletas sino que se encuentra en sus branquias. La sangre calentada por el metabolismo de los músculos del pez luna real llega hasta las branquias a por el oxígeno del agua donde la red maravillosa de vasos sanguíneos calienta el agua fría y oxigenada que entra por las agallas. Gracias a ello minimizan la pérdida de calor al exterior cuando la sangre entra en contacto con el agua durante la respiración y evitan tener que subir a la superficie para recuperarse. Además de este circuito principal, el pez luna real tiene un circuito secundario para mantener el cerebro y los ojos en óptimas condiciones, similar al usado por el pez vela y el pez espada. El refinado sistema de respiración branquial de los peces luna real les permite mantener casi todo su cuerpo caliente, lo que aumenta su velocidad al nadar, mejora su tiempo de reacción y su resolución visual. Esto les ofrece una gran ventaja sobre sus presas, que están a la misma temperatura que el agua. Como resultado el pez luna real es un depredador muy activo que puede cazar presas muy ágiles como los calamares y que puede moverse largas distancias. La evolución ha dado lugar a un sistema para calentar la sangre que recuerda al radiador de un coche. La naturaleza nos sorprende con gran número de estrategias brillantes cuando menos te lo esperas.



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