چرا بیس ها در آب سرد گرم می مانند؟ – ومیت

زندگی در سرما برای حیوانات دشوار است. با سرد شدن بدن، اندام هایی از جمله مغز و ماهیچه ها کند می شوند. دمای بدن حیواناتی مانند خزندگان و دوزیستان بیشتر به دمای محیط اطرافشان بستگی دارد، اما پستانداران می توانند متابولیسم خود را افزایش دهند و انرژی بیشتری برای گرم کردن بدن خود مصرف کنند. این به آنها اجازه می دهد در مناطق خنک تر زندگی کنند و در شب یا در ماه های زمستان که دما کاهش می یابد فعال باشند.

اگرچه دانشمندان می دانند که پستانداران می توانند متابولیسم خود را در سرما افزایش دهند، اما مشخص نیست که کدام اندام ها یا بافت ها از این انرژی اضافی برای تولید گرمای بیشتر استفاده می کنند. گرم نگه داشتن به ویژه برای پستانداران آبزی کوچک مانند سمورهای دریایی چالش برانگیز است. بنابراین، محققان می خواستند بدانند چگونه آنها برای زنده ماندن در سرما سازگار شدند. برای یک مطالعه جدید، چندین متخصص در زمینه متابولیسم انسان و پستانداران دریایی همکاری کردند. هایدی پیرسون از دانشگاه جنوب شرقی آلاسکا و مایک موری از آکواریوم خلیج مونتگومری در این گروه حضور داشتند.

درک میزان مصرف انرژی حیواناتی که با زندگی در شرایط سرد سازگار شده اند نیز ممکن است سرنخ هایی برای دستکاری متابولیسم انسان ارائه دهد.

متابولیسم بیش از حد

گرم ماندن به خصوص برای پستاندارانی که در آب زندگی می کنند دشوار است، زیرا آب خیلی سریعتر از هوا گرما را از بدن دفع می کند. بیشتر پستانداران دریایی دارای جثه بزرگ و لایه ضخیم چربی هستند که به عنوان عایق عمل می کند.

سمورهای دریایی کوچکترین پستانداران دریایی هستند و این لایه ضخیم چربی را ندارند. در عوض، آنها توسط خز عایق بندی می شوند که بیشترین تراکم را در بین پستانداران دارد (یک میلیون مو در هر 5.6 سانتی متر مربع). با این حال، خز نیاز به نگهداری بالایی دارد و باید به طور منظم تمیز شود. حدود 10 درصد از فعالیت روزانه سمورها صرف محافظت از لایه عایق هوای محبوس شده در خز آنها می شود.

خز کلفت به تنهایی برای گرم نگه داشتن سمور کافی نیست. برای تولید گرمای کافی بدن، متابولیسم آنها در حال استراحت تقریباً سه برابر بیشتر از پستانداران با جثه مشابه است. با این حال، این نرخ متابولیک بالا هزینه بر است.

سمورهای دریایی باید هر روز بیش از 20 درصد از توده بدن خود را بخورند تا انرژی کافی برای تامین نیازهای بالای خود به دست آورند. در مقابل، انسان ها حدود دو درصد از توده بدن خود را می خورند. (حدود 1/3 کیلوگرم غذا در روز برای یک فرد حدود 70 کیلوگرم وزن دارد.)

_{سمورهای دریایی در حال خوردن خرچنگ قاصدک در خلیج مونتری، کالیفرنیا}

گرما از کجا می آید؟

وقتی حیوانات غذا می‌خورند، سلول‌های بدن نمی‌توانند مستقیماً از انرژی موجود در غذا برای انجام وظایف خود استفاده کنند. در عوض، غذا به مواد مغذی ساده مانند چربی ها و قندها تجزیه می شود. سپس این مواد مغذی توسط خون حمل شده و توسط سلول های بدن جذب می شوند.

در داخل سلول ها، جزئی به نام میتوکندری وجود دارد که در آن مواد مغذی به ATP، یک مولکول پر انرژی که به عنوان منبع انرژی استفاده می شود، تبدیل می شوند.

فرآیند تبدیل مواد مغذی به ATP شبیه فرآیند تبدیل سد آب ذخیره شده به برق است. هنگامی که آب از سد عبور می کند، با چرخاندن پره های متصل به ژنراتور، برق تولید می کند. اگر سد نشت کند، مقداری آب (یا انرژی ذخیره شده) از بین می رود و نمی توان از آن برای تولید برق استفاده کرد. به طور مشابه، میتوکندری های نشتی در تولید ATP از مواد مغذی کارایی کمتری دارند. اگرچه انرژی نشت شده به میتوکندری نمی تواند برای انجام کار استفاده شود، اما گرمایی تولید می کند که بدن عثمانی را گرم می کند.

تمام بافت‌های بدن انرژی مصرف می‌کنند و گرما تولید می‌کنند، اما برخی از بافت‌ها بزرگ‌تر و فعال‌تر از بقیه هستند. ماهیچه ها 30 درصد از توده بدن اکثر پستانداران را تشکیل می دهند. در حین ورزش، ماهیچه ها انرژی زیادی مصرف می کنند و گرمای زیادی تولید می کنند. البته ممکن است این حالت را هنگام گرم کردن بدن در حین ورزش و لرزیدن در سرما تجربه کرده باشید.

برای اینکه بفهمند آیا متابولیسم ماهیچه ها به گرم نگه داشتن بیش از حد کمک می کند، محققان نمونه های کوچکی از ماهیچه های بیور را در اندازه ها و سنین مختلف (از توله سگ های تازه متولد شده تا سگ های بالغ) مورد مطالعه قرار دادند. آنها نمونه های عضلانی را در اتاقک های کوچکی قرار دادند که برای نظارت بر مصرف اکسیژن طراحی شده بود، که معیاری برای اندازه گیری مصرف انرژی است.

با ترکیب محلول‌های مختلف که فرآیندهای متابولیک مختلف را تحریک یا مهار می‌کنند، محققان تعیین کردند که میتوکندری چقدر انرژی برای تولید ATP مصرف می‌کند و چه مقدار انرژی می‌تواند به گرما تبدیل شود. محققان دریافتند که میتوکندری در ماهیچه‌های بیش از حد می‌تواند به بیرون نشت کند و اجازه می‌دهد تا بدون فعالیت فیزیکی یا لرزش، گرمای داخل ماهیچه‌های خود را افزایش دهند. انرژی از دست رفته در اثر گرما به آنها کمک می کند تا در سرما زنده بمانند. قابل توجه است که توله سگ های تازه متولد شده پتانسیل متابولیک مشابهی با بزرگسالان دارند. حتی اگر ماهیچه های آنها برای شنا و شیرجه به اندازه کافی بالغ نباشد.

_{یک مادر بیش از حد با دست به نوزادش غذا می دهد و تکه های خرچنگ را به او می دهد}

نتایج جامع تر

محققان می گویند که مطالعه آنها به وضوح نشان می دهد که عضلات برای کارهایی فراتر از حرکت مهم هستند. از آنجایی که ماهیچه ها بخش بزرگی از توده بدن را تشکیل می دهند، حتی افزایش اندک در متابولیسم ماهیچه ها می تواند به طور چشمگیری مصرف انرژی حیوان را افزایش دهد.

این کشف پیامدهای مهمی برای سلامت انسان دارد. اگر دانشمندان بتوانند به طور ایمن و برعکس، متابولیسم ماهیچه های اسکلتی را در حالت استراحت افزایش دهند، پزشکان ممکن است از این به عنوان ابزاری برای افزایش تعداد کالری سوزانده شده توسط بیمار استفاده کنند تا میزان افزایش چاقی را کاهش دهند. در مقابل، کاهش متابولیسم ماهیچه‌های اسکلتی ممکن است انرژی را در بیماران مبتلا به سرطان یا سایر بیماری‌های ناتوان کننده حفظ کند و همچنین ممکن است غذا و منابع مورد نیاز برای حمایت از فضانوردان در پروازهای فضایی طولانی مدت را کاهش دهد.