Aptenodytes patagonicus (fuente: Wikipedia)
Aptenodytes patagonicus (fuente: Wikipedia)

Los pingüinos adultos pueden llegar a ayunar durante periodos de tiempo muy largos mientras incuban sus huevos. Por esa razón almacenan un volumen considerable de reservas energéticas para hacer frente a esos ayunos. El problema es que la acumulación de esas reservas puede acarrear, a su vez, otras dificultades, pues les resulta más difícil mantener el equilibrio y, en consecuencia, se caen con mayor frecuencia. La verdad es que un pingüino, incluso uno no demasiado “obeso” siempre da la impresión de ser un personaje patoso, con pronunciada tendencia a caerse; pues bien, parece ser que cuando engordan mucho para hacer frente al ayuno que comporta la incubación del huevo, esa propensión a perder el equilibrio aumenta.

Los seres humanos muy gruesos caminan de forma diferente a como lo hacen las personas delgadas. Producen un cierto balanceo al andar, y para que ese balanceo no sea exagerado, dan pasos más cortos. Las mujeres embarazadas hacen algo parecido. Eso les ayuda a mantener el equilibrio. Pero no parece ser el caso de los pingüinos. Éstos no modifican la longitud de los pasos al marchar tras haber incrementado notablemente su masa corporal para hacer frente al periodo de ayuno, y esa es la razón por la que andan con mayor dificultad, se balancean más y pierden el equilibrio con cierta frecuencia.

Registros de los desplazamientos del centro de masas de un pingüino caminando por la cinta móvil.
Registros de los desplazamientos del centro de masas de un pingüino caminando por la cinta móvil.

Esta “chirenada” la han descubierto unos investigadores que trabajan con pingüinos de la especie Aptenodytes patagonicus del Archipiélago de Crozet (entre Madagascar y la Antártida). Los investigadores estaban estudiando otros aspectos de la fisiología de los pingüinos, pero tenían que estudiar la locomoción y decidieron hacer algunas pruebas con 10 pingüinos a los que analizaron caminando en una cinta móvil antes y después de perder una cuarta parte de su masa corporal tras ayunar durante dos semanas. Los detalles del experimento se han publicado en PLOS One.

Este no pasará a la historia como el resultado experimental más valioso de la fisiología animal de 2016, pero quizás ayude a los autores a hacerse con uno de los cotizados IG Nobel. Y la verdad es que a un servidor, el vídeo le ha hecho bastante gracia. Me gustaría saber cómo vivieron los pingüinos la experiencia.

La leche es un alimento muy especial. Hay personas a quienes gusta mucho; la toman en grandes cantidades. Otras, sin embargo, no la toleran. No es que no les guste, es que, literalmente, no la toleran: su consumo les hace daño, porque no la digieren bien. En realidad, lo que no pueden digerir es la lactosa, -el azúcar de la leche-, y a esa imposibilidad se denomina intolerancia a la lactosa.

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La lactosa es un disacárido, un azúcar formado por dos hexosas. Para digerir azúcares como esos se requieren disacaridasas, enzimas que ayudan a hidrolizarlos[1]. La enzima que rompe la lactosa se denomina lactasa y como ocurre con otras disacaridasas, se encuentra en la membrana de las células del epitelio intestinal, en el lado que da a la luz del intestino. El que se encuentre en la misma membrana es importante, puesto que los dos monosacáridos que surgen de la hidrólisis de la lactosa, -glucosa y galactosa-, son simultáneamente absorbidos en el curso del proceso digestivo.

¿Y qué es lo que ocurre cuando no se puede digerir la lactosa? Ocurre que no se puede absorber y permanece en la luz del intestino. Por ello, la microflora intestinal la fermenta, formándose gases como consecuencia de esa fermentación, con el consiguiente malestar que provocan esos gases. Pero además, el disacárido es un efector osmótico; esto es, mientras permanece en el interior del intestino actúa como cualquier otro soluto, ejerciendo su correspondiente efecto osmótico. Esto quiere decir que provoca un flujo de agua, a través del epitelio, del medio interno a la luz intestinal. Ese agua se evacua, junto con los restos de la digestión, con las heces, provocando diarrea. Precisamente por esa razón, además de malestar, el no poder digerir la lactosa puede también provocar deshidratación. Y como consecuencia de la imposibilidad de digerir la lactosa, es fácil que aparezca aversión a la leche, perdiéndose de esa forma la posibilidad de aprovechar sus nutrientes y minerales.

La intolerancia a la lactosa puede tener un doble origen. La denominada intolerancia primaria es muy común y ocurre a muchas personas tras el destete. Más adelante me ocuparé de esta forma de intolerancia. La otra, la denominada intolerancia secundaria, tiene su origen en alguna afección intestinal. En algunas ocasiones, una enfermedad intestinal puede provocar una carencia de la enzima lactasa. La enfermedad celíaca, el mal de Crohn, o inflamaciones intestinales suelen estar en el origen de esta forma de intolerancia. Y en algunas ocasiones también pueden estarlo infecciones intestinales víricas o bacterianas. Son muy comunes, por ejemplo, en el caso de niños y niñas, ya que no es difícil que como consecuencia de una infección quede dañada la mucosa intestinal, lo que conlleva la pérdida de buen número de células epiteliales y, en consecuencia, de la lactasa que se encuentra en sus membranas. De ahí viene que bajo esas circunstancias no puedan digerir la leche.

Pero es la primaria, con mucho, la modalidad más extendida de intolerancia, ya que afecta a la mayor parte de seres humanos. De suyo, se trata de una intolerancia común a la mayoría de los mamíferos una vez ha finalizado el periodo de lactancia. Al fin y al cabo, la leche es el alimento de los primeros meses o años de vida de los mamíferos, por lo que no tiene sentido mantener la producción de una enzima -la lactasa- si su concurso no va a ser necesario durante el resto de la vida. Esa es la razón por la que en muchos críos la actividad de la lactasa comienza a descender a partir del segundo año de vida.

Ahora bien, como sabemos, los individuos de algunos pueblos mantienen la capacidad de digerir leche durante toda su vida, pues siguen produciendo lactasa incluso después de haber sido destetados. No es una capacidad universal. Surgió hace al menos 8.000 años en algunos pueblos que consiguieron domesticar ganado, y gracias a ella pueden hacer uso de un alimento tan valioso como la leche y garantizar de esa forma el aporte de calcio y de vitamina D. Ha de tenerse en cuenta que calcio y vitamina D son nutrientes esenciales para el crecimiento y formación saludable de los huesos.

Esa capacidad es de especial importancia cuando se habitan zonas caracterizadas por una baja incidencia de la radiación solar, puesto que gracias a la radiación ultravioleta de la luz solar se produce vitamina D2 (del ergosterol) y D3 (del colesterol). Por esa razón, la posibilidad de digerir la leche ha constituido una adaptación muy valiosa para los pueblos que han colonizado las altas latitudes, puesto que en esas latitudes hay poca luz solar y bajo esas condiciones lumínicas la producción de vitamina D se encuentra muy limitada.

Distribución geográfica de la proporción de personas que pueden digerir lactosa
Distribución geográfica de la proporción de personas que pueden digerir lactosa

La capacidad para digerir y absorber leche durante la vida adulta varía de unas regiones a otras. Los mayores porcentajes de tolerancia a la lactosa se dan en europeos, razón por la que el ganado de leche ha tenido en Europa más importancia que en ninguna otra zona del mundo a lo largo de la historia. No obstante, hay que advertir que hay pueblos de otras zonas del Planeta, -África, por ejemplo-, que también han desarrollado la capacidad para digerir leche en la vida adulta, en conjunción con la práctica de la ganadería de leche.

[1] La hidrólisis consiste en la separación (lisis) de dos moléculas que se hallan enlazadas, utilizando para ello una molécula de agua (hidro), de manera que al deshacerse el enlace, una hexosa se queda con un hidrógeno (H+) y la otra con un grupo hidroxilo (OH)

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Nota: La redacción inicial de esta anotación incluía una serie de datos relativos a porcentajes de personas con intolerancia a la lactosa de diferentes procedencias geográficas. Un lector o lectora del blog me ha planteado una objeción a los datos, dado que considera que no son homogéneos. Puesto que no recuerdo la fuente de los mismos, he optado por retirar esos datos. Si llegase a recuperar la fuente, los volvería a incluir citando su procedencia. La figura, sin embargo, aquí se queda, porque conozco la fuente y es esta.

Superficie del encéfalo humano (Popular Science Monthly, Vol. 46; 1894-1895)
Superficie del encéfalo humano (Popular Science Monthly, Vol. 46; 1894-1895)

El encéfalo es el órgano más caro de un ser humano. Para la elaboración del tejido encefálico se necesitan muchos lípidos. Además, los que más se necesitan son ácidos grasos poliinsaturados. No obstante, cuando digo que el encéfalo es caro, no me refiero aquí a ese aspecto, al de los materiales que lo conforman, sino al coste de su funcionamiento.

En personas adultas, la masa del encéfalo humano viene a representar un 2% de su masa corporal total o algo menos. Y sin embargo, en reposo, le corresponde un 20% de la actividad metabólica total de una persona. Las cosas cambian cuando, en lugar de encontrarse en reposo, el individuo se encuentra realizando alguna actividad física, ya que bajo esas condiciones puede elevarse considerablemente el gasto energético debido al coste de la actividad muscular. Pero en todo caso, un 20% del gasto metabólico total en reposo es un porcentaje muy alto para un órgano al que sólo corresponde un 2% de la masa; por eso decimos que su funcionamiento es caro porque de ningún otro órgano cabe decir algo parecido salvo, quizás, del riñón. Al fin y al cabo, y a menos que los individuos en cuestión vivan en zonas muy frías o realicen una actividad física intensa, el encéfalo es el órgano responsable de la principal parte de nuestro gasto metabólico. Destinamos a su funcionamiento casi la quinta parte de lo que comemos. No es poco.

El conocido fisiólogo Francis Benedict (1870-1957) quería saber en qué medida el gasto en que incurre el cerebro depende de la intensidad de la actividad intelectual que desarrolla, y con ese propósito midió el gasto que corresponde a diferentes niveles de esfuerzo mental. Para ello utilizó un grupo de estudiantes universitarios. Les pidió, para empezar, que no pensasen en nada; esto es, que tratasen de quedarse en blanco. Luego les pidió que realizaran rápidamente una serie de complejas operaciones aritméticas. Y en cada situación midió la tasa metabólica de los estudiantes.

El resultado obtenido sorprendió, en cierto modo, al doctor Benedict, puesto que encontró una diferencia realmente pequeña entre los dos niveles de actividad mental. De hecho, resultó que en una hora de intensa actividad mental sólo se gasta la energía contenida en medio cacahuete.

Dos son las conclusiones que pueden obtenerse de ese estudio. Una es que el pensar muy intensamente no sería un método de adelgazamiento nada efectivo, y la otra es que el cansancio que produce el pensar no es una buena excusa para dejar de hacerlo, porque de hecho, el pensar no cansa. Por lo tanto, a la pregunta de si cuesta mucho pensar, con la que he titulado esta entrada, respondo que costar, cuesta, pero no precisamente energía; el esfuerzo que hay que hacer es de otra naturaleza.

Salvator merianae (Fotografía de Bjørn Christian Tørrissen en Wikipedia)
Salvator merianae (Fotografía de Bjørn Christian Tørrissen en Wikipedia)

Durante la mayor parte del año, los lagartos tegu (Salvator merianae) mantienen la misma temperatura corporal que la cavidad o nido en el que se encuentran; se comportan, por lo tanto, como auténticos ectotermos. Sin embargo, durante la época reproductiva son capaces de mantener una temperatura significativamente mayor, hasta 10ºC más alta que la del entorno. Además, esa diferencia de temperatura no la adquieren porque mantengan el calor que captan durante los periodos en que se exponen al sol con ese propósito durante las horas diurnas; esto es, no es consecuencia de la inercia térmica tras la exposición al sol. Tiene su origen, por un lado, en una elevación del metabolismo y, por el otro, en la capacidad para evitar perder ese calor de origen metabólico.

Los lagartos tegu viven en las llanuras al este de los Andes en zonas templadas y subtropicales. Durante parte del otoño y el invierno hibernan en sus huras, y tras la hibernación, cuando llega la primavera, comienza su periodo reproductivo. En ese momento los machos experimentan una elevación en los niveles de testosterona, crecen sus gónadas y establecen sus territorios (en otras palabras: las tienen tiesas unos con otros); durante ese periodo, incluso, no se alimentan. Tras el periodo reproductivo reducen su actividad, comen mucho y ganan masa corporal antes de volver a hibernar. Las hembras, por su parte, cuando finalizan la hibernación son fecundadas y van acumulando reservas energéticas en los huevos. La puesta representa del orden del 40% de su masa corporal. Una vez han puesto los huevos, permanecen alrededor de 75 días incubándolos y casi sin alimentarse. Durante el periodo reproductor se exponen con frecuencia al sol durante el día y eso les ayuda a mantener una temperatura corporal elevada, pero durante la noche, cuando los efectos de ese calentamiento ya se han disipado, son capaces de mantener su temperatura hasta 10ºC por encima de la de la cavidad en la que pernoctan y, llegado el momento ponen los huevos y los incuban. Esa diferencia entre la temperatura corporal y la del entorno resulta seguramente ventajosa para el desarrollo gametogénico de los lagartos adultos y para que los embriones incubados por la madre se desarrollen en plazos de tiempo adecuados.

Dado que apenas se alimentan durante el periodo reproductor, el calor corporal que provoca la elevación de la temperatura no puede tener su origen en la denominada acción dinámica específica del alimento –o sea, no es el calor liberado por efecto de la asimilación de proteínas- ni tampoco se produce porque los lagartos desarrollen algún tipo de actividad física. Esta posibilidad había sido observada antes en la pitón diamante (Morelia spilota), que eleva su temperatura corporal hasta 13ºC durante la incubación de los huevos gracias a una termogénesis de origen muscular. También es el método, junto con un patrón circulatorio especial, al que recurre el pez luna real para elevar la temperatura de la sangre que riega sus vísceras, corazón, encéfalo y ojos. Pero no es la actividad muscular la responsable de la elevación térmica de los lagartos tegus.

En estos lagartos la endotermia es el resultado de una elevación metabólica de carácter puramente termogénico; esto es, se trata de una elevación cuyo único objeto aparente es producir calor. Y además, aunque carecen de elementos anatómicos aislantes –como el plumaje de aves o el pelaje de mamíferos- son capaces de evitar la pérdida de ese calor mediante algún dispositivo aislante, seguramente relacionado con el control de la circulación periférica. Quiere esto decir que en determinada época del año, que corresponde a aquélla en la que se encuentra produciendo e incubando los huevos, eleva su temperatura corporal gracias a mecanismos propios de los demás organismos endotérmicos. Los lagartos tegus no son, pues, endotermos típicos, ya que durante la mayor parte del año su principal fuente de calor corporal es el entorno, pero tampoco se trata de organismos ectotermos normales, ya que hay una época del año –la reproductiva- durante la cual su calor corporal no procede principalmente del entorno sino que tiene origen endógeno: su propio metabolismo.

Imágenes térmicas en infrarrojo de los lagartos tegu de este estudio
Imágenes térmicas en infrarrojo de los lagartos tegu de este estudio

Como hemos podido ver (pez luna, pitón diamante), este no es el único representante (parcialmente) endotermo de un grupo en el que la mayoría de especies no lo son. Pero el descubrimiento de este caso tiene un significado especial, pues es relevante en el debate sobre el origen de la endotermia. La mayor parte de los mamíferos y las aves comparten ese rasgo fisiológico, aunque los linajes de ambos grupos se separaron hace 320 millones de años, cuando la endotermia, que sepamos, aún no había aparecido. Al respecto, y aunque se trata de un enigma no resuelto, se han propuesto diferentes hipótesis concernientes a las presiones selectivas que favorecieron su aparición. Algunos han propuesto que proporciona una mayor capacidad aeróbica, lo que permitiría desarrollar determinadas actividades con mayor intensidad y celeridad. Otros han apuntado la posibilidad de que surgiese porque permitía mantener una actividad nocturna más alta y explotar, gracias a ella, nichos inaccesibles a los ectotermos, muy condicionados por el frío. También se ha sugerido que la endotermia sólo fue posible en animales de gran tamaño, que podían beneficiarse de una muy superior inercia térmica que los pequeños, pero ese factor no constituiría una presión selectiva sino, más bien, una condición de posibilidad; el hecho de que haya animales ectotermos de gran tamaño, como los varanos o grandes peces, por ejemplo, es una indicación de que el tamaño, por sí mismo, no explica la endotermia. Por otro lado, los lagartos tegu vienen a tener alrededor de 2 kg, una masa muy pequeña como para pensar que ese puede ser un factor crítico. También se ha propuesto que la endotermia, con sus elevadas tasas metabólicas acompañantes, reporta ventajas a la hora de eliminar el exceso de carbono que resultaría de la necesidad de ingerir mucho alimento vegetal para poder obtener el nitrógeno necesario; según esa hipótesis la endotermia habría surgido en herbívoros. Y recientemente se ha propuesto la hipótesis de que podría estar ligada a la actividad reproductiva y al cuidado parental de las puestas o de las camadas. De acuerdo con esta última idea, la elevación de la temperatura corporal habría sido al principio un “subproducto” de tasas metabólicas elevadas al servicio de las actividades de síntesis de gametos y gónadas, pero que posteriormente se habrían mantenido altas también durante el periodo de incubación (algunos reptiles y aves) o de gestación (mamíferos) por las ventajas que la alta temperatura corporal y las elevadas tasas metabólicas que aquéllas llevan emparejadas supondrían para el desarrollo rápido de los tejidos y órganos de la progenie.

El descubrimiento de la endotermia facultativa en el lagarto tegu apoya la hipótesis de que la capacidad para controlar la temperatura corporal durante el periodo reproductor fue el factor que favoreció la aparición de la endotermia en aves y mamíferos. Hay que recordar que la endotermia es condición necesaria de la homeotermia o, expresado de otra forma, que sin la capacidad para generar la mayor parte del calor que conserva el organismo no es posible ejercer un control suficiente sobre la temperatura corporal. No obstante, al valorar estas cuestiones, conviene tener presente que cada vez se difuminan más las fronteras entre endotermia y ectotermia, porque hay una gran variedad de situaciones intermedias. Hay mamíferos que hibernan y reducen drásticamente su temperatura corporal en el estado de letargo, atunes y otros grandes peces con heterotermia regional, el pez luna real con un grado considerable de endotermia; es muy posible que ya en el Cretácico (entre 145 y 66 M años atrás) hubiera reptiles con capacidad para regular su temperatura corporal, y a ellos se unen ahora los lagartos tegu con su endotermia parcial, configurándose un panorama que se nos presenta cada vez más diverso. Así las cosas, lo más probable es que no quepa hablar de un único origen de la endotermia o de un único tipo de presiones selectivas que la hayan favorecido. Han podido ser, de hecho, variados los factores -y en cada caso diferentes- los que han conducido a que aves y mamíferos sean mayoritariamente endotermos y a que ese rasgo haya aparecido de forma parcial en diferentes grupos o especies.

Referencia: Glenn J. Tattersall, Cleo A. C. Leite, Colin E. Sanders, Viviana Cadena, Denis V. Andrade, Augusto S. Abe y William K. Milsom (2016): “Seasonal reproductive endothermy in tegu lizards” Science Advances, 2 (doi: 10.1126/sciadv.1500951)

Madre y dos oseznos Ursus arctos (Imagen: Wilipedia)
Madre y dos oseznos Ursus arctos (Imagen: Wilipedia)

El invierno de este año está siendo tan atípico que meteorológicamente ni siquiera cabe llamarlo invierno. Esta es la percepción que tenemos la mayoría, al menos. Cuando ya nos aproximamos a la Candelaria y a la celebración de la víspera de Santa Águeda, casi en la mitad del invierno astronómico, no hemos sufrido aún verdaderos temporales. Los vientos del sur son el meteoro dominante en el Norte de la Península Ibérica y de esa forma, las temperaturas permanecen templadas y llueve muy poco.

Pues bien, resulta que esta situación atmosférica ha podido ser el factor que ha conducido a que algunos osos (Ursus arctos) de los Pirineos no hayan entrado en el letargo habitual de esta época del año. Los osos pirenaicos descienden principalmente de osos que se empezaron a traer de Eslovenia a mediados de la década de los noventa del siglo pasado y, aunque antes de traerlos de otras localidades la población de los Pirineos estuvo a punto de desaparecer, en la actualidad viven alrededor de cuarenta ejemplares en esa zona. Lo normal es que esos osos comiencen su hibernación hacia el final de noviembre y que la finalicen al comienzo de abril, aunque esos son hitos que pueden variar geográficamente, pues dependen de las condiciones de cada zona.

En el caso que nos ocupa han sido una osa y sus tres oseznos los ejemplares que han sido vistos merodeando por una zona rocosa en la que, en circunstancias normales, los osos habrían estado hibernando. En un año normal, el lugar en que han sido divisados estaría completamente cubierto de nieve. Este mes de enero no sólo no hay apenas nieve –las temperaturas se encuentran entre 5ºC y 6ºC por encima de las normales del mes de enero-, sino que, además, en el suelo quedan bastantes bellotas, por lo que, al menos por ahora, los osos tienen con qué alimentarse.

Esta observación constituye una novedad en los Pirineos, pero lo cierto es que no lo es en la Península Ibérica. Como es sabido, además de los de la Cordillera Pirenaica -de procedencia eslovena, como se ha dicho-, también hay osos en la Cordillera Cantábrica, donde viven alrededor de 250 ejemplares. De acuerdo con una investigación publicada en 2010, hay pruebas suficientes como para afirmar que las familias formadas por una madre y sus cachorros, así como los oseznos menores de dos años de edad no hibernan en la Cordillera Cantábrica. El equipo de investigadores que llegó a esa conclusión siguió la pista y observó de forma directa a diferentes grupos familiares y jóvenes desde 1998 hasta 2007. Sin embargo, los demás osos, tanto machos como hembras, sí entraban en el estado de letargo durante un periodo de alrededor de dos meses, principalmente en enero y febrero.

La duración del periodo de hibernación de los animales que entran en lo que se considera una hibernación verdadera, como las marmotas, varía con la latitud. Pues bien, también ocurre así con los osos, cuyo letargo es mucho más superficial. De acuerdo con la información que proporcionan los autores del trabajo antes referido, en la Cordillera Cantábrica la duración del letargo ronda los dos meses; en Eslovenia llegan a los tres, aunque es muy variable. Y en Escandinavia superan incluso los cinco meses. Parece claro que cuanto más duras son las condiciones ambientales durante más tiempo se prolonga la hibernación, algo lógico si pensamos que se trata de un mecanismo que permite evadir o minimizar las consecuencias más duras de los periodos de frío extremo y escasez o ausencia de alimento.

Por lo tanto, quizás no resulte tan sorprendente que una familia de osos pirenaicos haya dejado de hibernar. Se me ocurre, incluso, que quizás no se trate (sólo) de una consecuencia directa de la anomalía meteorológica de este invierno, sino de una respuesta al cambio que se está produciendo en los Pirineos desde hace ya unas décadas y que está teniendo como consecuencia, entre otras, la reducción del número y extensión de sus glaciares. En cierto modo, los osos pirenaicos se estarían empezando a comportar como lo hacen y han venido haciendo los cantábricos desde que se tiene noticia escrita de sus hábitos. Y es que, aunque esto para mí constituyó una notable sorpresa, resulta que ya en el siglo XIV se tenía constancia de que las hembras con oseznos nacidos en el año anterior no entraban en letargo, ni ellas ni las crías. El dato lo proporciona El Libro de la Montería, atribuido a Alfonso XI de Castilla (1311-1350).

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Nota: he tenido conocimiento del episodio objeto de esta anotación gracias a una referencia proporcionada por @BioTay en tuiter de una entrada aquí.

Referencia: Carlos Ignacio Nores Quesada et al (2010): Evidence of non-hibernation in Cantabrian brown bears Acta Theriologica 55(3): 203-209

Python molurus (Imagen: Tim Vickers; Wikipedia)
Python molurus (Imagen: Tim Vickers; Wikipedia)

No es raro que el sistema digestivo de un animal experimente una regresión cuando deja de ser utilizado durante mucho tiempo. Esto es algo que vimos aquí al comentar los preparativos digestivos para la migración de la reinita rayada. La razón de ello es simple: un sistema digestivo plenamente fucional gasta muchos recursos, ya que es un sistema metabólicamente muy activo. Por eso se produce esa regresión.

El de la reinita rayada no es un comportamiento en absoluto excepcional. Un ejemplo extremo es el de la serpiente pitón. Esa serpiente es un depredador “sit-and-wait” (sientaté-y-espera). Esto es, no busca a sus presas de modo activo, sino que las espera. Eso supone que puede llegar a pasar mucho tiempo antes de que pase una presa, tanto como varias semanas. Así pues, puede llegar a permanecer en ayunas durante periodos muy prolongados. Pues bien, como ocurría con la reinita rayada, también el sistema digestivo de la pitón experimenta una regresión, aunque las razones por las que unos y otros no comen sean diferentes.

Eso sí, aunque sea prolongado el tiempo durante el que ayuna, es perfectamente capaz de atrapar grandes presas, y no solo de atraparlas, sino de engullirlas enteras. Tan grandes pueden llegar a ser que su masa puede representar el 70% de la masa de la serpiente

Al ayunar, el sistema digestivo pierde su funcionalidad, pero la puede recuperar en muy poco tiempo. La pitón de Birmania Python molurus duplica su intestino medio en 24 h, sobre todo produciendo epitelio digestivo nuevo. Al mismo tiempo, tiene lugar una muy intensa síntesis de proteínas transportadoras en las células epiteliales del intestino; tal es así, que la densidad de transportadores de aminoácidos y de glucosa se puede multiplicar hasta por veinte. Y como consecuencia de toda esa actividad, la tasa metabólica puede llegar a multiplicarse por cuarenta tras esas 24 h, dada la alta demanda metabólica que comportan las actividades de síntesis implicadas.

El comportamiento del sistema digestivo de la pitón tiene mucho sentido, ya que resulta muy costoso mantener activo un sistema digestivo. Por ello, cuando no tiene trabajo, podría decirse que lo “apaga” o, si se prefiere el anglicismo, lo deja en “stand by”.

Pinguinos emperadores

Una de las características más singulares de los mamíferos es la capacidad de sus hembras para producir leche. Es un rasgo fisiológico de gran valor puesto que de ese modo, la alimentación diaria de la cría no depende directamente de los recursos que se consiguen cada día. En la naturaleza los recursos a que se tiene acceso pueden ser muy variables, incluso en las estaciones propicias. Por esa razón, los animales que no producen leche se encuentran a merced de esa variabilidad a la hora de alimentar a las crías. En algunos caos, los periodos de escasez pueden llegar a prolongarse mucho en el tiempo. La leche proviene de alimento que ha sido ingerido, eso está claro, pero normalmente ha sido ingerido antes y se ha depositado en forma de reservas. La lactación constituye un mecanismo que, en cierto modo, tampona o amortigua la variabilidad que puede haber a corto plazo en la disponibilidad ambiental de alimento, y eso es favorable para garantizar la supervivencia de las crías.

Pero resulta que la capacidad de producir leche no es exclusiva de mamíferos, porque hay, al menos, dos especies de aves capaces de hacerlo. De una de las especies ya me he ocupado aquí en otra ocasión; se trata del pingüino emperador. El pingüino macho dedica mucho tiempo a incubar el huevo, mientras la hembra se desplaza hasta el mar en busca de alimento y vuelve con el buche lleno. El periodo de incubación es muy duro para el macho; se encuentra en ayunas y soporta temperaturas muy bajas, las más bajas a las que se puede enfrentar un animal. Para la hembra la aventura del viaje al mar también es un reto muy exigente; debe andar hasta alcanzar la costa, alimentarse al máximo de su capacidad y hacer el viaje de regreso. El viaje es muy duro, algunas hembras son atrapadas por los depredadores marinos, y no son extraños los retrasos. Pues bien, esos retrasos pueden tener consecuencias dramáticas para el pollo de pingüino, porque si nace antes de la llegada de la madre, sus posibilidades de sobrevivir disminuyen seriamente. Esa es la razón por la que los pingüinos emperadores cuentan con una especie de “seguro” o depósito adicional, porque esa es la función que cumple la leche que produce la faringe del pingüino macho. Es una secreción diferente de la leche de mamíferos, pero cumple la misma función que en aquéllos.

Y los pingüinos no son la única especie que exhibe esa capacidad: las palomas también producen leche. En el caso de las palomas es el buche el que produce la leche y se la llama, por esa razón, “leche del buche”. Además, la leche de las palomas y la de los mamíferos tienen una composición muy similar y, por si eso fuese poco, es la misma hormona que en mamíferos la que estimula su producción: la prolactina.

feto elefante

Las mujeres en avanzado estado de gestación experimentan en ocasiones una cierta sensación de ahogo; se quedan sin resuello con facilidad. Suelen decir que les falta el aire cuando realizan esfuerzos. Inspiran profundamente a menudo.

El feto, como es natural, necesita oxígeno. Además, su actividad metabólica es alta. Hay dos razones para que así lo sea. Por un lado, al ser un organismo de pequeño tamaño, le ocurre lo mismo que al resto de los seres vivos de pequeño tamaño; esto es, tienen una tasa metabólica (actividad metabólica por unidad de masa) mayor que los individuos de mayor tamaño. Y por el otro lado, al ser un ser vivo en pleno crecimiento y desarrollo, está creando tejidos nuevos de forma intensa, lo que supone que su actividad metabólica ha de ser alta, del mismo modo que han de serlo sus requerimientos de oxígeno, de energía y de materiales estructurales. El calor que produce el feto es un claro indicador de esa alta actividad metabólica; esta es otra de esas sensaciones a las que suelen referirse las mujeres embarazadas: tienen calor y, sobre todo en verano, lo suelen pasar mal por esa razón. Es como si llevasen una estufita interior, y son ellas las que tienen que disipar el calor que produce esa estufita.

Así pues, las demandas metabólicas del feto son bastante altas y eso conlleva alta demanda de oxígeno. Por otra parte, el feto carece de un sistema propio para captar el oxígeno, por lo que tiene que valerse del que transporta la sangre materna desde los pulmones. Pero esto tiene su dificultad, porque como sabemos, el oxígeno va combinado con el pigmento respiratorio, -hemoglobina-, y no resulta fácil que éste ceda el oxígeno que porta. Se necesita una reducción importante de la tensión parcial de oxígeno para que el pigmento se desprenda del oxígeno con el que se encuentra combinado. El problema es que, en ausencia de algún dispositivo especial, si se produce una reducción muy fuerte de la tensión parcial de oxígeno, ello querría decir que el feto dispondría de muy poco oxígeno, insuficiente seguramente para satisfacer sus necesidades. Hay que tener en cuenta, además, que para llegar a la sangre fetal, el oxígeno que se encuentra en la sangre de la madre debe difundir a través del epitelio de la placenta, esto es, debe atravesar una barrera.

Como digo, en ausencia de algún mecanismo especial, al feto se le plantearía una tarea difícil, ya que a la tendencia de la sangre de la madre a “quedarse” con el oxígeno, se suma la dificultad añadida de tener que atravesar la “barrera” placentaria. Pero es evidente que esas dificultades han de resolverse de alguna forma. Y así es, porque la sangre del feto dispone de un pigmento capaz de “apropiarse” de ese oxígeno, de una hemoglobina que se lo “quita” a la hemoglobina materna. Eso ocurre porque la hemoglobina fetal tiene una alta afinidad por el oxígeno, más alta que la de la hemoglobina materna. Por esa razón, cuando ambos pigmentos respiratorios se encuentran en medios con similar tensión parcial de oxígeno, el oxígeno pasa de la hemoglobina materna a la fetal. Podría decirse que el feto tiene una cierta prioridad sobre la madre a la hora de disponer del oxígeno que la madre ha captado.

Todos los mamíferos comparten esa característica, aunque los mecanismos moleculares no son los mismos en todas las especies. De hecho, hay tres tipos de mecanismos, pero el resultado es muy similar en todos los casos: la afinidad por el oxígeno del pigmento fetal es superior a la del pigmento materno y gracias a ello se garantiza que el aporte de oxígeno al feto sea el adecuado para satisfacer sus necesidades metabólicas.

Indicator minor (dibujo de Nicolas Huet le Jeune - Nouveau recueil de planches coloriées d'oiseaux, 1838)
Indicator minor [dibujo de Nicolas Huet le Jeune (1770-1830) – Nouveau recueil de planches coloriées d’oiseaux, (1838)]

En apariencia, las aves de la familia Indicatoridae no destacan por rasgo alguno. Al contrario, tienen un aspecto más bien anodino: no exhiben colores llamativos y su canto tampoco es nada del otro mundo. Y sin embargo, tienen más de una rareza. Los indicadores -así se les denomina en español- tienen un comportamiento poco común. Por un lado, ponen sus huevos en nidos de otras especies; en este aspecto se asemejan a los cucos, tan conocidos entre nosotros. Pero en lo que verdaderamente tienen un comportamiento extraño es en la alimentación: comen cera y para conseguirla recurren a un procedimiento extraordinariamente elaborado.

Hasta que se descubrió que los indicadores se pensaba que ningún animal terrestre utilizaba ese producto como alimento. Las ceras son imposibles de digerir para casi todos los vertebrados, puesto que las lipasas (enzimas responsables de la digestión de los lípidos) pancreáticas de la mayoría son incapaces de hidrolizarlas.

El ser comedor de ceras es, de suyo, una verdadera rareza, pero mayor rareza aún es el modo en que esta ave se las arregla para obtenerlas. La cera se encuentra en el interior de las colmenas de abejas, pero dado su pequeño tamaño, los indicadores no son capaces de romper las colmenas para acceder a la cera. Además, las abejas, en ocasiones, establecen sus moradas en rincones y orificios profundos de muy difícil acceso, a los que no puede llegar el indicador. Y por si eso fuese poco, acceder a una colmena también entraña riesgos, porque las abejas, como es natural, la protegen. Pero los indicadores, para superar esos obstáculos, suelen buscarse un socio. Entre esos socios se encuentran los miembros de algunas tribus de buscadores de miel, como son los boran de Kenia y, según algunas fuentes, también los tejones comedores de miel.

Para llamar la atención de un posible socio, los indicadores adoptan un comportamiento bullicioso. Y una vez lo han conseguido, guían al socio hasta la colmena. En ese trato subyace una cierta simbiosis, porque el socio se beneficia al ser guiado hasta una colmena que a él le hubiese resultado difícil de encontrar. El pájaro, por su parte, se beneficia porque tiene ocasión de conseguir la cera de la colmena, ya que el buscador de miel abandona fragmentos de panal sin miel, pero con cera, larvas y abejas muertas.

La primera referencia de que los indicadores consumen ceras se debe al misionero portugués Joao dos Santos, quien en 1569 escribió que estas aves entraban en la iglesia de su misión en Mozambique a comer la cera de las velas del altar. Desde entonces, los naturalistas han dado cuenta de numerosos indicios del consumo de cera por parte de estas aves, como son los restos de cera hallados en sus mollejas, pero hasta 1950 no se tuvo constancia fehaciente de que era la cera lo que buscaban en las colmenas, y no las abejas o las larvas que en éstas pueden encontrarse. De hecho, lo único que consumen junto con la cera es la miel que se encuentra adherida a ella.

La capacidad para comer y digerir cera se ha constatado en dos especies de indicadores, el indicador pequeño (Indicator minor) y el indicador grande o de dorso negro (Indicator indicator). Ha habido cierta controversia en relación con el mecanismo del que se sirven para realizar la digestión, ya que no se ha encontrado en su sistema digestivo ninguna estructura especializada, ni tampoco ninguna glándula salivar hipertrofiada, como ocurre en el caso de los nectívoros. En principio, son dos las alternativas que cabe barajar para explicar esta capacidad. O bien se valen de microorganismos simbiontes, o bien cuentan con la dotación enzimática endógena adecuada para hidrolizar esos lípidos.

A tenor de los últimos trabajos publicados, parece ser que los microorganismos simbiontes no juegan un papel relevante en este asunto, sino que son los propios indicadores los que disponen de la capacidad endógena para ello, y de hecho, se han hallado lipasas tanto en el pancreas como en el propio intestino de estas aves. Aparte de contar con las enzimas digestivas adecuadas para ello, para poder digerir cera, ésta debe permanecer largo tiempo en el intestino; esto es, se requieren tiempos de procesamiento verdaderamente prolongados, tras los cuales llega a absorberse el 90% de la cera ingerida. También parece jugar un papel importante en la digestión de las ceras el reflujo desde el intestino hasta la molleja, -relativamente habitual en las aves-, del contenido intestinal, ya que la molleja actúa como un molino emulsificador muy efectivo. El único problema que tiene la cera es que ella sola no sirve para satisfacer las necesidades nutritivas de las aves, ya que necesitan fuentes de alimento complementarias para obtener las proteínas que necesitan, pero es de suponer que otros productos alimenticios contribuirán de forma significativa a cubrir esas necesidades.

Fuente: Downs et al (2002): “Wax digestion by the lesser honeyguide Indicator minor”. Comparative Biochemistry and Physiology Part A 133: 125-134.

Aunque la calidad de la imagen del segundo video deja algo que desear, merece la pena verlo

Loligo vulgaris (imagen: Hans Hillewaert)
Loligo vulgaris (imagen: Hans Hillewaert)

Mucho de lo que sabemos en biología se debe al uso de ciertos tipos celulares, tejidos o especies concretas. Son los modelos biológicos que se han utilizado en la experimentación. La bacteria Escherichia coli es uno de esos organismos, los biólogos lo han utilizado en multitud de campos. Las células del hígado de rata han sido claves para conocer el metabolismo de los mamíferos. Gran parte de la genética se ha edificado sobre miles y miles de ejemplares de la mosca Drosophila melanogaster. Pues bien, en esa constelación de modelos biológicos, las neuronas gigantes del calamar merecen una mención especial.

Esas neuronas han sido muy importantes en la historia de las neurociencias. Gracias a ellas, la investigación neurofisiológica experimentó un gran desarrollo durante la primera mitad del pasado siglo. Sir Alan Hodgkin y colaboradores hicieron importantes trabajos con esas neuronas; investigaron en ellas los fenómenos electrofisiológicos que intervienen en la generación y transmisión del impulso nervioso, lo que permitió conocer con cierto detalle su naturaleza. Por sus aportaciones en este campo, en 1963 le fue concedido a Hodgkin el premio Nobel de Fisiología y Medicina. El premio es, quizás, la mejor prueba de la enorme relevancia de sus investigaciones. Aunque he hablado de neuronas, realmente es con los axones neuronales con lo que Hodgkin desarrolló sus trabajos.

¿Por qué los axones del calamar y no los de cualquier otro animal? La razón es que el del manto del calamar es un axón largo y grueso, y eso facilita mucho el trabajo. Tienen unas dimensiones tales (llegan a tener un diámetro de 1 mm), que se les denomina axones gigantes. Es relativamente sencillo insertar microelectrodos en axones de ese calibre; gracias a ello, pueden aplicarse estímulos eléctricos en cualquier punto del axón y las respuestas que dan los propios axones a esos estímulos son relativamente fáciles de detectar y de medir su magnitud. Los calamares no son los únicos animales que tienen axones gigantes, pero sí eran los que tenía Hodgkin más a mano, ya que él trabajaba en un laboratorio de biología marina, en la ciudad de Plymouth, en el suroeste del Reino Unido. Para Hodgkin era de vital importancia disponer de axones de buen calibre pero, como es obvio, la naturaleza no dispone tales cosas para satisfacer las necesidades de los investigadores. Veamos, pues, por qué razón disponen los calamares de tales axones.

Los impulsos nerviosos consisten en intensos pero transitorios cambios del potencial (eléctrico) de membrana que se desplazan a lo largo del axón. Esos cambios se denominan “potenciales de acción” y van desde el cono axónico, donde se generan, hasta los terminales sinápticos, donde surten sus efectos. Los potenciales de acción son señales, señales que se generan y se envían, a una elevada frecuencia, en series o “trenes” a lo largo de los axones. Así funcionan las neuronas.

El potencial de acción es una despolarización de la membrana neuronal que se autoalimenta de manera que el potencial de membrana llega a invertir su signo. En estado de reposo hay una diferencia de potencial entre los lados interno y externo de la membrana axónica que es de signo negativo (el voltaje es del orden de -70 mV). Esa diferencia de potencial eléctrico se debe a que algunos iones (Na+, K+ y Cl) están distribuidos de modo asimétrico a los dos lados de la membrana y al hecho de que ésta no los deja a todos ellos pasar a su través con la misma facilidad. Como su propio nombre indica, cuando ocurre una despolarización, la membrana pierde su polaridad eléctrica y, de hecho, en el curso de un potencial de acción llega a invertirse el signo, pasando la diferencia de potencial de ser negativa a positiva. Esto es consecuencia de un cambio en la permeabilidad de la membrana para con los iones que intervienen en este curioso juego. En reposo el K+ pasaba fácilmente del interior al exterior de la célula, pero cuando cambia el potencial, es el Na+ el que pasa más fácilmente -en etse caso del exterior al interior-, y como cada uno de ellos está más concentrado en uno de los lados de la membrana, cambia el signo y el valor del potencial eléctrico de membrana.

Los cambios en la permeabilidad ocurren porque hay canales iónicos (de Na+ y de K+) que se abren o cierran según cuál sea el potencial de membrana. Son canales a los que se denomina, por razones obvias, “dependientes de voltaje” y son los que al abrirse acentúan (el de Na+) o revierten (el de K+) la despolarización. Como se abren y cierran de forma secuencial, el fenómeno tiene una duración limitada. Y se transmite a lo largo del axón porque una vez desencadenado en un punto, las zonas adyacentes se ven afectadas por la despolarización y en ellas también se genera el mismo fenómeno. El resultado global es un cambio abrupto y transitorio de la polaridad, cambio que se transmite a lo largo del axón para acabar llegando a los terminales axónicos.

Las cargas positivas que entran en la célula generando la polaridad positiva de la membrana también se desplazan longitudinalmente por el plasma. Cuanto más rápido se desplacen más rápidamente contagiarán a las zonas adyacentes y antes se dispararán potenciales de acción en ellas. Por eso, la rapidez de ese desplazamiento interno es clave para que los impulsos eléctricos se transmitan rápidamente. Pues bien, ese desplazamiento es más rápido cuanto menor es la resistencia que ofrece el plasma al movimiento de cargas, y esa resistencia depende del diámetro; ocurre como en cualquier cable conductor por el que circulan cargas eléctricas. Por ello, cuanto mayor es el diámetro del axón más rápidamente se transmite el impulso nervioso. Y esa es la razón por la que los calamares (y otros animales) tienen axones gigantes. En el caso de los calamares son esos axones los que garantizan una rápida transmisión de señales a lo largo del manto para provocar la rápida contracción de sus músculos (y la propulsión a chorro) y los de las aletas, que utiliza para orientar la natación.

La información que viaja por esos axones es fundamental a la hora de atrapar presas o de huir de los depredadores; por ello, es de gran importancia que se transmita a la mayor velocidad posible, porque del tiempo que tarden en ejecutarse las órdenes enviadas por el cerebro dependerá el ser o no ser del calamar. Antes hemos visto por qué fueron importantes los axones gigantes para Hodgkin y ahora hemos podido ver por qué lo son para los calamares.

En cierta ocasión, un conocido científico afirmó que en vez de Hodgkin quienes realmente se merecían el premio Nobel eran los calamares. A Hodgkin no le hizo ni gota de gracia.

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Notas:

1. En sus comentarios, Jose Ramón y Juan R, se refieren a dos errores en el texto original que he corregido. Uno es la mención (errónea) de las dendritas en dos ocasiones. La he suprimido. El otro, de Juan R., se refiere al movimiento de K a través de la membrana. La expresión original era confusa y la he sustituido por otra. Agradezco a ambos sus observaciones.

2. José Ramón Alonso ha escrito un artículo excelente sobre este mismo tema en su blog.