Учените откриха истинския начин, по който морските видри остават топли в студени води

(Джералд Корси/E+/Гети изображения)

Животът на студено може да бъде труден за животните. Докато тялото се охлажда, органите, включително мозъка и мускулите, се забавят.

Телесната температура на животни като влечуги и земноводни зависи най-вече от температурата на тяхната среда – но бозайниците могат да увеличат метаболизма си, като използват повече енергия, за да затоплят тялото си. Това им позволява да живеят в по-студени райони и остават активни, когато температурите падат през нощта или през зимните месеци.

Въпреки че учените знаят, че бозайниците могат да ускорят метаболизма си на студ, не е ясно кои органи или тъкани използват тази допълнителна енергия, за да генерират повече топлина.

Да останат на топло е особено предизвикателство за малките водни бозайници като морските видри, затова искахме да знаем как са се адаптирали да оцелеят в студа.

Събрахме се а изследвания екип с опит в метаболизма на хора и морски бозайници, включително Хайди Пиърсън от Югоизточния университет на Аляска и Майк Мъри на аквариума в залива Монтерей. Разбирането на използването на енергия при животни, адаптирани към живот на студено, също може да предостави улики за манипулиране на човешкия метаболизъм.

Метаболизъм на морска видра

За водните бозайници е особено трудно да се затоплят, защото водата отвежда топлината от тялото много по-бързо от въздуха . Повечето морски бозайници имат големи тела и дебел слой мазнина или мазнина за изолация .

Морските видри са най-малките от морските бозайници и нямат този дебел слой мазнина. Вместо това те са изолирани от най-гъстата козина от всеки бозайник, с толкова много милион косми на квадратен инч .

Тази козина обаче изисква висока поддръжка редовно оформяне . Около 10 процента от морската видра дневна активност включва поддържане на изолационния слой въздух, уловен в козината им.

Гъстата козина сама по себе си не е достатъчна, за да стопли морските видри. За да генерират достатъчно телесна топлина, тяхната скорост на метаболизма в покой е около три пъти по-висока отколкото при повечето бозайници с подобен размер. Тази висока скорост на метаболизма обаче има цена.

За да получат достатъчно енергия, за да подхранват голямото търсене, морските видри трябва да се хранят повече от 20 процента от телесната им маса в храната всеки ден. За сравнение, хората ядат около 2 процента от телесната си маса – около 3 паунда (1,3 килограма) храна на ден за човек от 155 паунда (70 кг).

Откъде идва топлината?

Когато животните се хранят, енергията в храната им не може да се използва директно от клетките за извършване на работа. Вместо това храната се разгражда на прости хранителни вещества, като мазнини и захари. След това тези хранителни вещества се транспортират в кръвта и се абсорбират от клетките.

В клетката има отделения, наречени митохондрии, където хранителните вещества се превръщат в АТФ – високоенергийна молекула, която действа като енергийна валута на клетката.

Процесът на превръщане на хранителни вещества в АТФ е подобен на как язовир превръща съхраняваната вода в електричество . Когато водата изтича от язовира, тя произвежда електричество чрез въртене на перки, свързани към генератор – подобно на вятъра, който върти перките на вятърна мелница. Ако язовирът е спукан, малко вода – или съхранена енергия – се губи и не може да се използва за производство на електричество.

По същия начин пропускливите митохондрии са по-малко ефективни при производството на АТФ от хранителни вещества. Въпреки че изтеклата енергия в митохондриите не може да се използва за работа, тя генерира топлина, за да затопли тялото на морската видра.

Всички тъкани в тялото използват енергия и произвеждат топлина , но някои тъкани са по-големи и по-активни от други. Мускулите съставляват 30 процента от телесната маса на повечето бозайници. Когато са активни, мускулите консумират много енергия и произвеждат много топлина. Несъмнено сте изпитвали това, независимо дали сте се разгорещили по време на тренировка или треперене, когато е студено .

За да разберем дали мускулният метаболизъм помага на морските видри да се затоплят, изследвахме малки мускулни проби от морски видри, вариращи по размер и възраст от новородени малки до възрастни. Поставихме мускулните проби в малки камери, предназначени да наблюдават консумацията на кислород - мярка за това колко енергия се използва.

Чрез добавяне на различни разтвори, които стимулират или инхибират различни метаболитни процеси, ние определихме колко енергия могат да използват митохондриите, за да направят АТФ – и колко енергия може да отиде в изтичане на топлина.

Открихме митохондриите в мускулите на морската видра могат да бъдат много пропускливи , което позволява на видрите да увеличат топлината в мускулите си без физическа активност или треперене.

Оказва се, че мускулите на морската видра са добри в това, че са неефективни. Енергията, „изгубена“ като топлина при превръщането на хранителните вещества в движение, им позволява да оцелеят в студа.

Забележително е, че открихме, че новородените имат същата метаболитна способност като възрастните, въпреки че мускулите им все още не са узрели за плуване и гмуркане.

По-широки последици

Нашето изследване ясно показва, че мускулите са важни за нещо повече от движение. Тъй като мускулите съставляват толкова голяма част от телесната маса, дори малко увеличение на мускулния метаболизъм може драстично да увеличи колко енергия използва животното.

Това има важни последици за човешкото здраве. Ако учените открият начини за безопасно и обратимо увеличаване на метаболизма на скелетните мускули в покой, лекарите биха могли да използват това като инструмент за намаляване на нарастващите нива на затлъстяване чрез увеличаване на количеството калории, които пациентът може да изгори.

Обратно, намаляването на метаболизма на скелетните мускули може да спести енергия при пациенти, страдащи от рак или други разточителни болести и биха могли да намалят храната и ресурсите, необходими за подпомагане на астронавтите при дългосрочни космически полети.

Травър Райт , научен асистент професор по здравеопазване и кинезиология, Тексаски университет A&M ; Мелинда Шефилд-Мур , професор по здравеопазване и кинезиология, Тексаски университет A&M , и Рандал Дейвис , регентски професор, катедра по морска биология, Тексаски университет A&M .

Тази статия е препубликувана от Разговорът под лиценз Creative Commons. Прочетете оригинална статия .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.