Lepus europaeus (imagen de Jean-Jacques Boujot; Wikipedia)
Lepus europaeus (imagen de Jean-Jacques Boujot; Wikipedia)

La mayoría de las aves y los mamíferos son capaces de mantener su cerebro a una temperatura segura incluso cuando el resto del organismo se encuentra por encima de las temperaturas normales. Esa capacidad se basa, en todos los casos, en el enfriamiento selectivo (selective cooling). La mayor parte de los que tienen esa capacidad la basan, como las gacelas, en un sistema de “rete mirabile” e, incluso, durante años se ha pensado que ese era el único sistema que podían utilizar los homeotermos con ese fin.

Sin embargo, no es imprescindible contar con un sistema de intercambio de calor como ese para realizar la “refrigeración selectiva” del cerebro y, además, el tener una “rete” no asegura que se pueda realizar tal refrigeración. De hecho, hay mamíferos, como el camello, que a pesar de tener una red carotídea muy desarrollada, tienen una capacidad muy limitada para enfriar de forma selectiva su cerebro y sin embargo, la del perro, a pesar de no estar muy desarrollada, es muy eficiente.

Por otra parte, las aves, en lugar de la red carotídea, utilizan una red oftálmica con el mismo propósito. Entre éstas las hay con una “rete” muy simple y de capacidad limitada para refrigerar el cerebro (diamante mandarina, p. ej.). Pero del mismo modo, también las hay con capacidad de enfriamiento selectivo y que carecen de red alguna, como el colibrí.

Así pues, no es preciso contar con una red que funciona como intercambiador de calor para poder enfriar el cerebro. De hecho, en vez de enfriar la sangre arterial, hay otro modo de mantener el cerebro a temperatura inferior a la del resto del cuerpo, que es el que se ha encontrado en algunos mamíferos y que consiste en que sea la sangre venosa la que lo enfríe directamente. Con ligeras variantes ese el mecanismo empleado por conejos, cobayas y ratas. Al parecer, en caso de hipertermia se envía más sangre venosa al cerebro. Esa sangre venosa se ha enfriado al pasar por las superficies nasales, desde donde se disipa calor hacia el exterior.

Es posible que el mismo mecanismo opere en los seres humanos para proteger nuestro cerebro de la hipertermia. No se ha confirmado experimentalmente esta hipótesis, ya que no se ha medido nunca la temperatura del cerebro de individuos sanos con hipertermia, pero sí se dispone de evidencias indirectas en ese sentido. En todo caso, y tal y como podemos comprobar en cada verano, no en todos los casos resultan eficaces estos mecanismos.

Avestruz en Israel (imagen de MathKnight; Wikipedia)
Avestruz en Israel (imagen de MathKnight; Wikipedia)

Los avestruces viven en lugares muy cálidos por lo que, lógicamente, han de tolerar muy bien las temperaturas elevadas. El plumaje juega un papel muy importante en esa resistencia. En otra ocasión me ocupé del plumaje del gorrión y vimos que el aislamiento era muy efectivo frente a las bajas temperaturas. A ese aislamiento se debe la forma casi esférica que adoptan los gorriones y otros pájaros cuando hace frío. El plumaje del avestruz funciona igual, solo que en este caso, el flujo de calor que se entorpece es de sentido contrario. Las excepciones son las patas, el cuello y la cabeza; las patas y el cuello no son zonas críticas desde el punto de vista del control térmico, pero la cabeza sí lo es, ya que es preciso regular con precisión la temperatura cerebral.

Gracias al plumaje los avestruces disponen de un aislamiento muy eficaz, de manera que ganan muy poco calor, por convención o conducción, desde el entorno. Ello es posible gracias a la capa de aire con la que se aislan ahuecando las plumas cuando sube la temperatura; bajo esas condiciones, el plumaje pasa de tener 2 a tener 10 cm de grosor. Así pues, el plumaje lo utilizan para conseguir el efecto contrario al que en su día describí para los gorriones. El mecanismo de transferencia de calor es el mismo en ambos casos. La conducción (o la convección) consiste en la transferencia de calor entre dos masas en contacto, de la que más a la que menos calor tiene; por esa razón, igual que cuando hace frío se pierde calor de ese modo, se puede ganar cuando hace calor. Los avestruces, gracias en parte al aislamiento que proporciona el plumaje, consiguen regular su temperatura corporal y mantenerla constante a temperaturas ambientales de hasta 51ºC. Dudo que haya ningún otro vertebrado con tanta tolerancia a las altas temperaturas.

El aislamiento no es el único mecanismo implicado en esa gran tolerancia térmica. Al fin y al cabo, el propio metabolismo del animal constituye una fuente de calor, y el plumaje, del mismo modo que evita la ganancia desde el exterior, facilita la conservación del que se genera en el interior, con lo que el riesgo de sobrecalentamiento existe. Cuando la temperatura ambiental excede los 38-39 ºC los avestruces han de recurrir a otra vía para evitar el sobrecalentamiento, la de la evaporación. Los avestruces, como el resto de las aves, no sudan; por ello, la única posibilidad de que disponen para refrigerarse mediante evaporación consiste en recurrir a las superficies respiratorias. Por eso, el mecanismo utilizado por estas aves para disipar calor cuando la temperatura ambiental alcanza valores muy altos consiste en jadear, igual que hacen los perros y otros mamíferos. También los avestruces elevan la frecuencia de jadeo cuando necesitan refirgerarse, pero lo hacen a un ritmo muy inferior al que vimos aquí en su día en los canes. La frecuencia de movimientos respiratorios pasa en los avestruces de 5 a 45 min-1 cuando necesitan disipar calor por evaporación. Además, ese es el mecanismo que les permite regular la temperatura cerebral, pues los capilares sanguíneos que irrigan los epitelios respiratorios conducen la sangre “fresca” directamente al cerebro.

Es curioso lo simple que puede llegar a ser todo el sistema: un dispositivo con capacidad aislante variable (el plumaje), junto con un “refrigerador” –también de intensidad variable- asociado a los vasos sanguíneos que irrigan el cerebro. Simple pero tremendamente eficaz. Recuerde: toleran temperaturas de hasta 51ºC. ¿Se lo imaginan?

Suncus etruscus (Imagen: Trebol-a; Wikipedia)
Suncus etruscus (Imagen: Trebol-a; Wikipedia)

El corazón de un gorrión, al igual que el de un ratón, late muy rápido. Quien haya cogido en sus manos a uno de esos animales se habrá percatado de ello con facilidad. Su corazón se contrae a una fecuencia muy alta. Parte de la culpa la tiene, seguramente, el encontrarse en las manos de un animal mucho más grande: no debe de resultar nada tranquilizadora esa situación. Pero incluso si descontamos ese factor, el ritmo al que late el corazón del pajarillo o del ratón sigue siendo muy alto.

Si, por el contrario, auscultásemos a un elefante, enseguida notaríamos que su corazón va muy despacio. Hay una diferencia enorme entre el latido de un gorrión y el de un elefante, y eso ocurre porque la frecuencia a la que late un corazón varía mucho con el tamaño del animal. Los de animales pequeños laten muy rápido y lo contrario ocurre con los corazones de los animales grandes. Así pues, el metabolismo no es la única función que varía con el tamaño; de hecho, tasa metabólica y frecuencia cardíaca varían con el tamaño del mismo modo, de acuerdo con la misma función. La relación entre la frecuencia de latido (fh: min-1) (latidos por minuto) de un mamífero y su tamaño (W: kg) es la siguiente: fh = 241 x W-0’25.

La musaraña etrusca es el mamífero más pequeño que se conoce. Tiene 2 g de masa y para que nos hagamos una idea de su tasa metabólica, valga el dato de que necesita comer al día 2’6 g de alimento. Esto es, come cada día una cantidad equivalente a 1’3 veces su propia masa corporal, y hay que tener en cuenta que su dieta la componen insectos y pequeños gusanos[1].

El corazón de una musaraña etrusca late a una velocidad difícil de creer y hasta de imaginar: ¡1.200 latidos por minuto! Y eso gracias a que el corazón de la musaraña es relativamente grande. Sí, es muy pequeño en términos absolutos, claro está, pero en comparación con su tamaño corporal es grande. En los mamíferos, el corazón viene a tener una masa que supone un 0’6% de la corporal. Si la musaraña etrusca tuviera un corazón de esa proporción, sería de 0’012 g, cuando en realidad es de 0’035 g, tres veces mayor. Pues bien, gracias a ese tamaño tan grande el corazón no se ve obligado a latir a una frecuencia de 3.500 min-1, frecuencia que probablemente no podría alcanzar. De esa forma, lo puede hacer a un ritmo tan bajo como los 1.200 min-1, o lo que es lo mismo, ¡20 latidos por segundo!

[1] A efectos comparativos, la ración diaria de alimento de un elefante equivale a un 4% de su masa, y en el elefante se trata de materia vegetal.

Rata topo desnuda enfadada. Credit: Buffenstein/Barshop Institute/UTHSCSA
Rata topo desnuda enfadada. (Imagen: Buffenstein/Barshop Institute/UTHSCSA; Wikipedia)

Heterocephalus glaber, conocido como rata topo lampiña, es sin ninguna duda el mamífero más extraño del mundo. Vive bajo las áridas praderas de Somalia, Kenia y Etiopía, y nos fijemos en el rasgo en que nos fijemos, no hay mamífero más raro que este roedor.

Como su propio nombre indica, estas ratas topo carecen de pelo. Tienen un aspecto muy extraño, aunque más que su aspecto, lo verdaderamente extraño es su estructura social. Son roedores excavadores que forman colonias, y viven y se reproducen como las termitas. Son eusociales, uno de los dos únicos mamíferos eusociales que se conocen. Otra rata topo, Cryptomys damarensis, es la otra especie eusocial conocida. En cada colonia hay una única hembra reproductora. Los machos son más pequeños, y se ocupan de conseguir el alimento y de excavar las galerías. Sólo hay dos o tres machos reproductores en cada colonia; los demás se limitan a trabajar.

Su temperatura corporal se mantiene constante a 30ºC. Para ser un mamífero, se trata de una temperatura corporal extraordinariamente baja; lo que ocurre es que no es en absoluto baja si pensamos que la fuente de calor que la mantiene no es, como en el resto de homeotermos, la actividad metabólica del individuo, sino el calor ambiental de las galerías. Así pues, es un animal ectotermo, pues su fuente de calor es externa, el ambiente, pero es homeotermo porque la temperatura corporal se mantiene constante. El estatus térmico de la rata topo lampiña es una excepción, por supuesto, excepción que según algunos investigadores está relacionada con la vida en galerías subterráneas. No obstante, en el África subsahariana viven otras siete ratas topo y todas ellas regulan su temperatura corporal basándose en la producción endógena de calor. Así pues, no parece que vivir bajo el suelo de las praderas africanas sea suficiente razón para explicar este extraño comportamiento térmico.

Por otro lado, hay otras diferencias entre esas especies de ratas topo, diferencias que tienen que ver con la disponibilidad de recursos a que los ejemplares de unas y otras tienen acceso. Ocurre que las colonias son de mayor tamaño cuanto menor es la disponibilidad de alimento, y bajo esas condiciones también es mayor la cooperación entre los miembros de las colonias. Las ratas topo lampiñas viven en zonas muy pobres. Los suelos en los que excavan son muy áridos y los plantas que viven en esos parajes tienen tubérculos grandes, pero esos tubérculos se hallan muy dispersos. Por ello, es difícil encontrar tubérculos, pero a cambio, cuando se encuentra un tubérculo hay más comida en él. Hay que tener en cuenta, además, que cavar es una actividad muy costosa, para la que se requiere un alto gasto de energía.

La rata topo lampiña ha desarrollado un comportamiento y una fisiología que le permiten adaptarse a unas condiciones ambientales extremas. Dado que encontrar un tubérculo es muy difícil, el riesgo de morir de hambre sería muy alto si cada individuo se dedicase a buscar el alimento por su cuenta. Por ello, dado que comparten el alimento que encuentran, la mejor estrategia consiste en formar colonias grandes, puesto que esa es la manera de asegurar a todos los individuos de la colonia un suministro de alimento regular, aunque no sea mucho. Al fin y al cabo, en una estructura social como esta, y con una única hembra reproductora, es la continuidad del grupo lo que ha de garantizarse, no la de los individuos por separado.

Por otra parte, la única forma de que haya numerosos individuos en la colonia es que sean de pequeño tamaño, puesto que no puede ser que muchos sean, además, grandes. Eso, no obstante, tiene el problema de que los animales pequeños tienen una tasa metabólica más alta que los animales grandes, por lo que quizás la ectotermia y la baja temperatura corporal constituyen una adaptación para compensar el mayor gasto metabólico que se deriva del pequeño tamaño de los individuos. Está claro que un animal que no tiene que aportar calor para regular su temperatura corporal ha de gastar mucha menos energía que el que sí lo ha de hacer. Al fin y al cabo, los animales que más energía gastan en mantener su actividad metabólica son los endotermos de pequeño tamaño, pues combinan las dos principales condiciones que provocan un alto gasto. En este caso, el tamaño es una espada de doble filo: por un lado, pueden ser numerosos porque son pequeños y eso ayuda a encontrar los tubérculos escasos, pero por el otro, corren el riesgo de gastar en exceso, también por ser pequeños. Así pues, como no pueden renunciar a ser pequeños, a lo que renuncian es a la endotermia, con el importante ahorro energético que ello supone, y eso sí se lo pueden permitir por vivir en un medio térmicamente muy estable y a una temperatura ambiental relativamente alta.

Para terminar voy a referirme a una última rareza de esta especie. Viven muchos años, bastantes más que otros roedores, puesto que, en promedio, alcanzan los 30 años de vida. Es muy posible que esa vida tan larga para los estándares roedores tenga algo que ver con su bajo metabolismo y su reducida temperatura corporal. Pero no podemos afirmarlo con absoluta seguridad.

Madre cachalote con su cría (Imagen: Gabriel Barathieu; Wikipedia)
Madre cachalote con su cría (Imagen: Gabriel Barathieu; Wikipedia)

Los animales más grandes que hay son las ballenas azules. Se alimentan de pequeños crustáceos, denominados “krill”, filtrando grandísimos volúmenes de agua. De menos tamaño que las ballenas azules son los cachalotes (Physeter macrocephalus, en inglés “sperm whales”). Los cachalotes son seres fascinantes. Son cazadores; por lo tanto, son carnívoros. De hecho, son los animales dentados más grandes que hay. No utilizan los dientes para desgarrar las piezas que atrapan; lo que hacen con ellos es sujetarlas para, a continuación, engullirlas enteras. Son grandes cazadores; cazan normalmente a grandes profundidades y, aunque no es muy frecuente en su dieta, una de sus presas es el calamar gigante.

Estos cetáceos tienen una organización social basada en las madres: ellas, junto con las crías, son las que forman los grupos. Los machos vagan a su aire y por lo tanto, se desentienden completamente de las crías. Resulta que las crías son incapaces de sumergirse hasta las profundidades a que lo hacen los cachalotes adultos, por lo que la cría no puede acompañar a una madre que tenga que ir de caza y eso las hace potencialmente vulnerables a los ataques de las orcas, también conocidas como ballenas asesinas.

Un grupo de biólogos canadienses y británicos se ha ocupado de estudiar este asunto, porque la biología de esta especie es bastante desconocida (a pesar de encontrarse en la lista de las especies en peligro) y porque tiene mucho interés desde el punto de vista de las estrategias reproductivas y del funcionamiento de las sociedades animales. Los investigadores estudiaron dos grupos, uno formado por pocas madres y otro más numeroso. Y lo que observaron fue que, aunque había diferentes patrones en uno y otro grupo, en ambos las madres que iban de caza dejaban a su cría al cuidado de otras madres. Éstas, no solo escoltaban de forma permanente al conjunto de las crías, sino que si tenían hambre, les daban incluso de mamar. En definitiva, las madres cachalotes organizan verdaderas guarderías para poder compaginar caza y maternidad, algo que podríamos incluso calificar como “conciliación cetácea”.

Las ventajas de este comportamiento son evidentes. El mecanismo de solidaridad grupal permite proteger a las crías para que lleguen a la edad adulta. De esa forma se facilita el aumento del tamaño del grupo, lo que reporta a su vez claras ventajas para la seguridad del mismo.

Fuente: Esta historia la tomé hace unos años de la edición electrónica temprana de la revista Behavioral Ecology (DOI: 10.1093/beheco/arp068)

Lepus californicus, con sus grandes orejas (Imagen: Jessie Eastland; Wikipedia)
Lepus californicus, con sus grandes orejas (Imagen: Jessie Eastland; Wikipedia)

Los elefantes no son los únicos animales que utilizan sus orejas para refrigerarse. Las liebres del género Lepus, del desierto de Arizona, tienen las orejas muy grandes, y sirven al mismo propósito que las de los elefantes, el de disipar calor. Las orejas de Lepus tienen una altísima densidad de vasos sanguíneos, hasta tal punto que por efecto de la sangre son de color rosáceo.

En cierto modo es sorprendente que las liebres deban recurrir al mismo procedimiento que los elefantes para facilitar la pérdida de calor. Como ya expliqué en su día, los elefantes africanos necesitan la gran superficie que aportan las orejas para poder disipar todo el calor corporal que produce su metabolismo. Si esa producción fuese proporcional a su superficie corporal de un modo similar a como lo es en animales de menor tamaño, no necesitarían elementos adicionales, pero su tasa metabólica es, en proporción a su tamaño, demasiado alta. Por eso necesitan esos “radiadores” anatómicos, para disipar el calor que no se elimina a través de la superficie del cuerpo.

Como resulta evidente, las liebres son de mucho menor tamaño que los elefantes. Así pues, el argumento que vale para los elefantes no debiera valer para explicar que las orejas de las liebres del desierto de Arizona sean tan grandes. Quizás ese tamaño tenga algo que ver con el hecho de que las condiciones del desierto de Arizona son muy rigurosas, sobre todo en verano. Pero me inclino más a pensar que la necesidad de portar unos radiadores tan grandes obedece al modo de vida de la liebre, que es muy activo. Por esa razón, su producción de calor durante las fases de actividad es, seguramente, demasiado alta, -a pesar de tratarse de animales de pequeño tamaño-, como para poder ser eliminado sin estructuras auxiliares adicionales. Me recuerdan estas liebres a los tucanes y sus desmesurados picos. Cuando se echaban a volar producían tanto calor que el pico –también, como las orejas de las liebres, muy vascularizado- se convertía en un poderoso radiador, merced al gran aumento de irrigación sanguínea que experimentaba el pico en esas circunstancias.

Por otro lado, al contrario de lo que hacen otros mamíferos de pequeño tamaño, estas liebres no desarrollan comportamientos orientados específicamente a evitar ganar calor. Los conejos, por ejemplo, se refugian en huras y madrigueras cuando aprieta el calor, y lo mismo hacen las ratas canguro. Las liebres, a lo más que llegan es a aprovechar las pocas zonas de sombra que hay a su alcance en el desierto.

Ahora bien, conviene resaltar que cuando la temperatura sube en exceso (por encima de los 40ºC), las orejas no son de ayuda en absoluto. Por el contrario, bajo esas condiciones en vez de perder calor lo ganan a través de las orejas, razón por la que limitan la circulación sanguínea al mínimo imprescindible, y al menos por esa vía, es mínima la cantidad de calor que ganan.

Ser grande tiene sus inconvenientes. Los animales muy grandes tienen algunas servidumbres que no tienen los animales pequeños. No todo iban a ser desventajas para los pequeños. Me explico. Si colocamos, una junto a la otra, una figura de una gacela y otra de un elefante, ambas del mismo tamaño, enseguida vemos que entre las dos hay una diferencia fundamental: la del elefante es una figura mucho más redonda o compacta, y la de la gacela, más estilizada, más grácil. El tronco del elefante es más redondeado que el de la gacela, desde luego, pero la diferencia más evidente está en las extremidades. Las del elefante son mucho más gruesas que las de la gacela, y me refiero, claro está, a las proporciones, porque ya he señalado que ambas figuras tendrían en la imagen el mismo tamaño.

Fue Galileo Galilei el primero que dejó constancia escrita de ese hecho y lo hizo en 1637, en su ensayo “Conversaciones sobre dos nuevas ciencias”. Como explica Salvati, -uno de los contertulios en esas conversaciones-, los seres vivos no pueden alcanzar determinados tamaños (por grandes), por la misma razón que no se pueden construir edificios de tamaño gigantesco. Las ramas de árboles demasiado grandes se romperían por efecto de su propio peso, y los huesos de los animales gigantes tendrían que ser tan gruesos que no podrían desarrollar su función correctamente.

Es una regla universal. En proporción, los animales grandes tienen los huesos más gruesos que los animales pequeños, y como consecuencia de ello, los animales de menor tamaño son más gráciles. Esa es la razón por la que el elefante y la gacela tienen aspectos tan diferentes.

¿Y por qué ocurre eso? ¿Por qué ha de aumentar tanto el grosor de los huesos al aumentar el tamaño del animal? ¿Por qué determina el tamaño la forma? La respuesta a estas preguntas es fácil, pero hemos de recurrir a una explicación matemática para responderlas.

La resistencia de una estructura depende de su sección superficial que, por tratarse de una dimensión superficial, es función cuadrática de la dimensión lineal. Así pues, cuando aumenta la altura de un animal o la longitud de un hueso (a los efectos son equivalentes), la sección superficial aumenta de acuerdo con la siguiente fórmula: S = a x L2, donde S es la superficie, L la longitud y a un coeficiente. Por otro lado, la masa de un animal, como es proporcional a su volumen, es función cúbica de su dimensión lineal (longitud, por ejemplo). Esto es: W = a’ x L3, donde W es la masa, L vuelve a ser la longitud y a’ otro coeficiente. [Podemos olvidarnos de los coeficientes, porque a los efectos que nos interesan aquí, no tienen importancia].

Por razones estrictamente geométricas, y tal y como puede derivarse de las dos ecuaciones anteriores, cuando aumenta la dimensión lineal de un animal, su masa aumenta en mayor medida que la resistencia de sus huesos. Así pues, cuando aumenta el tamaño de los animales, para que la resistencia de los huesos aumente en la misma medida que la masa, los huesos han de ser, en proporción, cada vez más gruesos. Y eso es lo que ocurre con el elefante.

D’Arcy Thompson, en su libro On Growth and Form (1961), da los siguientes datos: los huesos representan el 8% de la masa del ratón, el 14% de la del perro y el 18% de la del ser humano. Como hemos visto, esa secuencia tiene un fundamento físico-geométrico claro. Por otro lado, y como ocurre con las proporciones, cuando la de un componente disminuye, la de otros u otros ha de aumentar, y en este caso, los animales pequeños tienen un mayor porcentaje de piel. Dicho de otra forma, al aumentar el tamaño de un animal, en la medida que aumenta su porcentaje de masa ósea, disminuye el de la piel. La razón de que sea la piel la que ve disminuir su proporción, también es geométrica pero no vamos a dar aquí la correspondiente explicación.

Para terminar, una última observación. En muchas películas fantásticas o de ciencia ficción, los protagonistas son animales gigantes, monstruos como Godzilla, o terribles primates también de tamaño enorme, como King Kong. Pues bien, lo normal es que las proporciones de los miembros del cuerpo de esos animales no sean realistas. Los personajes animales basados en osamentas de dinosaurios fósiles suelen estar razonablemente conformados, porque están basados en las magnitudes de restos fósiles reales, pero la mayoría de los que está basados en una extrapolación de animales actuales no están bien diseñados. Un primate como King Kong no podría saltar o correr sin romperse las piernas; quizás podría permanecer de pie, pero poco más. Y a Godzilla le ocurriría algo parecido. Son monstruos imposibles.

Imagen: Edward Wexler (Wikipedia)
Imagen: Edward Wexler (Wikipedia)

Hace unos días, Txema M se interesaba acerca del papel que juega la nariz del camello (o si prefieren, dromedario) en la regulación de la temperatura corporal y el balance hídrico. Iba bien encaminado y lo vamos a ver aquí.

Los animales pierden mucha agua por evaporación y las superficies respiratorias son los enclaves por los que más agua se pierde de esa forma en muchas especies. Los camellos, sin embargo, pierden poca agua así, ya que una gran parte de la que se evapora en el pulmón la recuperan en las vías respiratorias superiores, conductos nasales incluídos. De hecho, la humedad relativa del aire espirado puede reducirse hasta un 50% en relación con la del aire que sale de los bronquios. Esa recuperación de agua se produce porque en el epitelio nasal se acumulan, mezclándose, las secreciones propias del epitelio junto con las células muertas del mismo, y esa mezcla resulta ser altamente higroscópica; esto es, tiene gran capacidad para absorber vapor de agua. Es algo similar a lo que ocurre con las galletas cuando se mantienen en una atmósfera húmeda; por eso se ablandan.

Knut Schmidt-Nielsen fue el investigador que descubrió ese mecanismo. Él fue el que formuló la hipótesis tras su estancia en el Sáhara investigando la fisiología del balance hídrico de los camellos. Había observado que la humedad relativa del aire exhalado era de un 50%, pero no sabía si procedía de ese modo de los alvéolos pulmonares o, por el contrario, el contenido hídrico original era próximo al 100% y más tarde, en las vías superiores, se retiraba parte de ese vapor de agua y quedaba reducido al 50%. Él suponía que la correcta era esta segunda posibilidad. Para poder contrastar su hipótesis, construyó una nariz artificial en el laboratorio, y en esa nariz dispuso una capa higroscópica artificial. Las pruebas demostraron que el mecanismo propuesto era adecuado para explicar las observaciones realizadas previamente en narices reales de camellos bajo las condiciones del desierto.

La contrapartida que hay que pagar por recuperar el agua es que la nariz se calienta, y al calentarse la nariz, también el resto del cuerpo. Del mismo modo que se enfría el aire inspirado cuando se evapora la película de agua que recubre las vías respiratorias, éstas se calientan al condensarse ese vapor de agua. Por esa razón, cuando están deshidratados, los camellos no son capaces de mantener constante la temperatura corporal. De hecho, toleran cambios de hasta 6ºC en su temperatura corporal bajo esas condiciones, pudiendo alcanzar los 41ºC de temperatura máxima. El cerebro, a pesar de todo, está protegido, ya que lo mantienen más fresco gracias a la rete mirabile de la arteria carótida (aquí vimos que el mismo mecanismo sirve a las gacelas para evitar el sobrecalentamiento del cerebro cuando huyen a toda velocidad de un depredador).

Y por último, los dromedarios toleran muy bien la deshidratación. Los perros o los caballos, por ejemplo, no toleran pérdidas de agua superiores al 15%; sin embargo, los dromedarios sobreviven incluso tras perder hasta el 25% de su agua corporal e incluso más. El dato de 25% de pérdida se ha comprobado fehacientemente, pero nadie ha llevado a un dromedario hasta la muerte para establecer el límite letal, por lo que la tolerancia es aún mayor. Teniendo en cuenta que, -como ocurre con los órices y otros animales del desierto-, obtienen parte del agua del alimento, pueden permanecer días (en la estación cálida) o semanas (en la estación fresca) sin beber una gota de agua. Luego, cuando pueden, beben mucha; Schmidt-Nielsen comprobó que, si se encontraban deshidratados, llegaban a beber un volumen equivalente al 33% de su masa corporal. Cualquier otro animal que bebiese una cantidad tal experimentaría lo que se conoce como “envenenamiento por agua”, cosa que no le ocurre a los dromedarios. Pero eso no quiere decir que, como pensaban antigüamente, tengan ningún depósito de agua; lo que ocurre es que de ese modo restauran el nivel hídrico previo a la deshidratación.

Schmidt-Nielsen envió los resultados de su investigación sobre la nariz de los camellos a la revista “Proceedings of the Royal Society” pero cuál no sería su sorpresa cuando, antes de que se publicara el correspondiente artículo, se encontró con una referencia a la nariz de los camellos en la conocida viñeta de comic “Peanuts”. Lo cuenta así en su autobiografía, que precisamente lleva por título The camel’s nose:

In the first panel Charlie Brown says to Lucy: “I just found out why camels can go so long without water. It has something to do with their big noses.” In the next panel Lucy turns to the dog Snoopy and suggests that with his large nose he could go for years without a drink. We had been scooped! I wrote to Charles Schulz, the artist, to ask how he had learned of our unpublished work. A secretary replied that Mr. Schulz couldn’t remember. At any rate, in the scientific literature we retained our priority.

[En la primera viñeta, Charly Brown decía a Lucy lo siguiente: “Acabo de enterarme cómo pueden estar los camellos tanto tiempo sin beber. Tiene algo que ver con sus grandes narices”. En la siguiente viñeta, Lucy se quedaba mirando al perro Snoopy y le sugiere que visto el gran tamaño de su nariz, podría pasar años sin beber agua. ¡Nos habían robado la primicia! Le escribí al dibujante Charles Shultz para preguntarle cómo se había enterado de algo que aún no se había publicado, pero nos respondió una secretaria diciendo que Schultz no lo podía recordar. No obstante, en la literatura científica mantuvimos la primicia.]

Gacelas de Thomson (Imagen: Rob & Dani, Fuente: Wikipedia)
Gacelas de Thomson (Imagen: Rob & Dani, Fuente: Wikipedia)

La gacela de Thomson es un pequeño antílope de entre 15 y 20 kg de peso. Tras huir de un depredador, -normalmente a una velocidad de 40 km/h durante 5 min-, el esfuerzo realizado ha dado lugar a una intensa generación de calor. Y como consecuencia de todo ello, el organismo se ha calentado; la sangre arterial ha pasado de 39 ºC a 44 ºC. Así pues, la gacela de Thomson, a pesar de ser un animal homeotermo, llega a perder la capacidad para mantener constante su temperatura corporal como consecuencia del gran esfuerzo realizado, si bien se trata de una situación transitoria.

¿Por qué ocurre esa elevación de la temperatura? Huyendo despavorida a toda velocidad el gasto metabólico de la gacela se multiplica por 40. Además del gran esfuerzo realizado, la temperatura ambiental es alta, muy alta, tanto quizás como la corporal. Así pues, a la gacela le resulta muy difícil disipar el calor que produce, por lo que la temperatura sanguínea sube rápidamente. Además, es muy posible que esa temperatura corporal tan alta sirva a la gacela para que sus músculos se contraigan más rápidamente y pueda así huir con mayor facilidad del depredador.

La elevación de la temperatura corporal no se debe a que fallen los sistemas de disipación de calor. De hecho, la gacela jadea a muy alta frecuencia, tanto para tomar más oxígeno como para refrigerar la sangre facilitando la evaporación del líquido que cubre las superficies respiratorias. El problema es que bajo las condiciones expuestas no es posible mantener la temperatura en los valores normales, incluso aunque los sistemas de termorregulación mantengan su integridad funcional. La carga de calor es demasiado alta y la gacela no puede disipar todo el que genera.

Pero ocurre que la elevación de la temperatura no se produce por igual en todo el organismo, ya que gracias precisamente al jadeo, la gacela de Thomson puede mantener su encéfalo más fresco que el resto de órganos. De hecho, mientras el cuerpo alcanza los 44 ºC, el encéfalo no pasa de 41 ºC, temperatura por encima de la cuál las neuronas sufrirían graves daños.

El mecanismo de refrigeración se basa, una vez más, en una rete mirabile (red maravillosa). En su camino hacia el cerebro, la sangre que circula por la arteria carótida se reparte entre centenares de arteriolas o capilares, para volver a agruparse justo antes de alcanzarlo. Esas arteriolas constituyen una rete mirabile, un dispositivo especialmente apto para intercambiar calor. El intercambio de calor se produce porque atraviesan un seno que se encuentra lleno de sangre venosa, sangre que procede, precisamente, de la zona nasal de la gacela, donde ha tenido lugar la evaporación del líquido superficial y, como consecuencia, el enfriamiento de la sangre que circula por allí. De esa forma se enfría la sangre que circula por las arteriolas, cediendo calor a la sangre venosa que viene de la nariz. Al atravesar el seno, la sangre arterial reduce su temperatura en unos 2 o 3 ºC. Ya en una entrada anterior (La red maravillosa de los atunes) vimos cómo funcionaba una rete mirabile como esta, con la diferencia de que aquella red servía para calentar la sangre que irrigaba los músculos que impulsan al atún y ésta sirve para enfriar la sangre que irriga el encéfalo. En ambos casos se producen intercambios de calor mediante un dispositivo en contracorriente, pero con objetivos opuestos.

En inglés denominan “selective brain cooling” a este mecanismo basado en el jadeo. Y hay que decir que la gacela de Thomson no es el único animal que lo utiliza, pues bastantes ungulados domésticos también recurren a él cuando lo necesitan. Así pues, de todos ellos cabría decir aquello de que “mantienen la cabeza fría” (y las pezuñas, en este caso, seguramente calientes).

Dromadaire4478

Plinio el Viejo, en el libro VIII de su Naturalis Historia, decía lo siguiente:

“Toleran la sed incluso durante cuatro días y, cuando hay oportunidad de beber, se llenan de agua por el pasado y para el futuro, después de enturbiar antes el agua pataleando: de otro modo no les gusta beber.”

En opinión de Plinio el Viejo, y seguramente de la de sus contemporáneos, los dromedarios tenían un depósito de agua en su interior. Durante siglos se ha buscado ese depósito y los naturalistas de épocas diversas han atribuído a distintos órganos esa función. Alguno ha propuesto que el depósito era el rumen. Más recientemente, cuando se ha sabido que el metabolismo puede ser una fuente de agua, otros propusieron que podía provenir del catabolismo de los lípidos de la joroba. Eso pensaba, sin ir más lejos, uno de mis profesores de bioquímica.

Estas ideas eran las que predominaban en los ambientes científicos hasta que el gran fisiólogo Knut Schmidt-Nielsen se puso manos a la obra. Este investigador ya había hecho algunos trabajos con la rata canguro, de la que sabía que podía vivir sin beber agua. Pero los dromedarios son muy diferentes, y todo el mundo sabía que, aunque toleran muy bien la falta de agua, no pueden vivir sin beber. Para estudiar este asunto debidamente, pidió una licencia en su universidad y se fue, por espacio de un año, a vivir con su mujer y sus tres hijos al interior del desierto del Sáhara, a un oasis localizado al sur de Argelia. En aquel apartado lugar las condiciones de vida, sobre todo en verano, eran difícilmente soportables: la temperatura subía con frecuencia por encima de los 40ºC. En su autobiografía (“The camel’s nose” p. 139), al respecto del terrible calor que hacía en aquel lugar, escribió lo siguiente:

“Lagrib could again buy eggs, but it was so hot we had to eat them immediately; if we kept them for a day, a chick promptly started developing. Lagrib had an ingenious approach to the problem of getting fresh eggs: if a woman had more than two eggs for sale, he didn’t buy any, but if she had only one or two, he felt reasonably certain that they had been laid the same day. Usually he was right”.

[Sí, Lagrib podía comprar huevos, pero era tal el calor que hacía que los teníamos que comer inmediatamente; si los dejábamos de un día para otro, enseguida empezaba a desarrollarse un pollito. Lagrib tenía un ingenioso modo de conseguir huevos frescos: si una mujer tenía más de dos huevos en venta, no le compraba ninguno, pero si solo tenía uno o dos, se sentía razonablemente seguro de que habían sido puestos el mismo día. Normalmente acertaba.]

Schmidt-Nielsen enseguida se percató de que los camellos no tenían ningún depósito de agua; de hecho, el contenido hídrico de los camellos es muy similar al de los demás rumiantes. Y por otra parte, los lípidos de la joroba no constituyen ninguna fuente de agua adecuada. Es cierto que el catabolismo de los lípidos produce agua, pero para catabolizar esos lípidos se requiere más oxígeno que el necesario para utilizar otros sustratos y ese oxígeno hay que conseguirlo respirando. Por esa razón, y dado que al respirar se evapora parte del agua que recubre las superficies respiratorias, al final es más la que se pierde por evaporación que la que se obtiene metabólicamente de los lípidos. Scmidt-Nielsen dejó claramente establecido que el gran volumen de agua que beben los dromedarios no la beben para guardarla en un depósito, sino para reponer la que han perdido con anterioridad.

La gran tolerancia de los camellos a la escasez de agua obedece, por lo tanto, al papel que juegan otros mecanismos. En primer lugar, limitan la ganancia de calor. Fijémonos en el pelaje: es muy denso y, gracias a ello, disponen de un buen aislamiento; además, tiene un cierto brillo, de manera que una parte de la radiación que incide en él se refleja. El comportamiento también es importante; cuando se sientan, lo hacen orientando su cuerpo en dirección al sol, de manera que el ángulo de incidencia limita la intensidad de la radiación.

Pero las adaptaciones más eficaces son de naturaleza fisiológica. Son muy efectivos ahorrando agua; no la pierden con facilidad. Producen muy poca orina y reducen aún más su producción cuando no pueden beber. Por esa razón, producen una orina con muy alta concentración de solutos, ocho veces más alta que la de la sangre. Hay que advertir de que aunque esa diferencia de concentración entre la orina y la sangre es muy grande, hay mamíferos en los que es aún mayor; en ese sentido los dromedarios no son casos extremos.Y además de lo anterior, pierden muy poca agua en las heces: su contenido hídrico es de un 45% solamente. En definitiva, en vez de un depósito secreto, lo que tienen los camellos es una batería de mecanismos de diferente naturaleza que les permite hacer frente con éxito a unas condiciones de temperatura y de disponibilidad de agua que casi ningún otro animal de su envergadura puede soportar.