bruna e rotiana.termorregulação em ectotermos

TERMORREGULAÇÃO EM ECTOTÉRMICOS

Bruna Palese Thies LopesRotiana Bohrer Rodrigues

25 de novembro de 2013

Universidade Federal de Santa MariaCentro de Ciências Naturais e Exatas - CCNE

Curso de Ciências BiológicasDisciplina de Fisiologia Animal Comparada

Prof. Bernardo Baldisserotto

Termorregulação• Manutenção de uma temperatura relativamente

constante.

Temperatura

• Principal determinante da taxa metabólica;• Determinante dos constituintes e propriedades

funcionais dos tecidos;• Processos biofísicos, velocidade das reações

bioquímicas, estados físicos de viscosidade de materiais celulares.

Ectotermia• Temperatura corporal determinada pelas condições

externas;• Produzem calor, mas são incapazes de produzi-lo com

rapidez suficiente ou de retê-lo;• Endotermia: aquecimento dos tecidos• Regulação por meio de diferentes estratégias e

comportamentos;• Maioria dos animais (exceto aves e mamíferos);• Alguns animais conseguem manter-se mais quentes.

Ha = Ht ± Hr - Hc - He

a → armazenamento de calor

t → produção de calor total

r → troca de calor por radiação

c → troca de calor por convecção e condução

e → troca de calor por evaporação

Temperatura corpórea > temperatura do meio Hc e He negativos → perda de calor

Animais aquáticos

• Não há evaporação;

• Radiação ↓ Ha = Ht - Hc

• 2 parâmetros para o armazenamento: produção total de calor aumentada ou a perda de calor minimizada.

• ↑ condutividade térmica e ↑ calor específico = animais pequenos com temperatura semelhante a do meio;

• alta quantidade de calor → elevada taxa de O2 → grande superfície branquial → sangue para transporte de O2;

• Circulação do sangue pelas brânquias → resfriamento

• membrana branquial delgada → não é barreira para troca de calor;

• Solução: trocador de calor entre as brânquias e os tecidos;

• peixes grandes → nadam muito rápido;

• manter seus músculos natatórios aquecidos independente da temperatura da água;

• Atum: capaz de reter calor o suficiente para aumentar a temperatura em 10 C° ou mais acima da temperatura da água.

Peixes de águas frias

• Concentração osmótica afeta a temperatura que a água congela;

• A água pura congela a 0°C e o aumento da concentração osmótica diminui o ponto de congelamento;

• As concentrações dos fluidos corporais de peixes marinhos correspondem aos pontos de congelamento de -0,6 a -0,8ºC, e o ponto de congelamento da água do mar é de -1,86°C.

• Quando a água congela, moléculas de água tornam-se orientadas como uma treliça de cristais;

• O processo de cristalização é acelerado por agentes nucleinizantes que mantém as moléculas de água na orientação espacial apropriada para o congelamento;

• Na ausência dos agentes nucleinizantes a água pura pode permanecer no estado líquido a -20°C;

• Os peixes de superfície sintetizam substâncias anticongelantes no inverno que diminuem o ponto de congelamento de seus fluidos corpóreos até aproximadamente aquele da água do mar;

Glicoproteínas com pesos moleculares de 2600 a 33000;

Polipeptídeos e pequenas proteínas com pesos moleculares de 3300 a 13000.

• Os peixes marinhos tem duas categorias de moléculas orgânicas que os protegem contra o congelamento:

Trematomus borchgrevinki

A glicoproteína é absorvida na superfície dos cristais de gelo e impede seu crescimento, evitando que as moléculas de água assumam a orientação própria para juntar-se a treliça de cristal.

• No deserto, os hábitats aquáticos apresentam as mesmas temperaturas extremas que os hábitats terrestres;

• A água possui uma capacidade de aquecimento muito maior que o ar;

• Poças de água podem apresentar temperaturas letais no fim do verão;

• Comportamento dos girinos de Rana boylii, que mudam de posição em uma poça de água em resposta a mudanças de temperatura durante o dia.

Animais aquáticos no deserto

Invertebrados marinhos

• concentrações osmóticas = temperatura do meio;

• baixas temperaturas não são problemas → ponto de congelamento = meio;

• Animais de áreas de estirâncio:

↑ maré: não congelam ↓ maré: -30°C, congelando 90% de seus

líquidos corpóreos.

Animais terrestres

Para elevar a temperatura corpórea

Reduzir a evaporação e perda por condução

+

Aumentar a absorção por radiação e\ou a produção metabólica

Absorção por radiação

• Utilizada por insetos e répteis

• Influenciada pela coloração

• Posição do sol

Mudança de coloração (componente fisiológico)

• Dispersão ou contração de células de pigmento preto localizadas na pele.

• Mudanças na cor do corpo aumentam em até 75% a absorção de energia radiante.

•CORES ESCURAS = responsáveis pelo aumento na absorção das ondas curtas

Ao atingir a temperatura ideal, há um clareamento da pele e mudança de postura.

•Alguns lagartos absorvem 73% da radiação quando escuro e 58% quando suas cores estão mais claras

• Alguns animais têm a capacidade de clarear o corpo depois de já estarem aquecidos.

Aumento da área de exposição

• Esticando as pernas e achatando o corpo conseguem uma orientação corporal em ângulos retos em relação ao sol.

Alterações do contorno do corpo+Mudança na orientação do corpo em relação ao solPosturas de termorregulação do lagarto chifrudo Phrynosoma cornutum:

(a) Orientação positiva: costelas abertas deixam o corpo quase circular e o eixo mais longo do corpo fica perpendicular aos raios solares;

(b) Orientação negativa: costelas comprimidas tornam o corpo mais estreito e o eixo mais longo do corpo fica paralelo aos raios solares;

(c) Não orientado: costelas relaxadas e o sol sobre a cabeça.

Ajustes na circulação periféricaIguana marinha

Amblyrhynchus cristatus

Galápagos - Equador

Tempo de aquecimento XTempo de resfriamento

Iguana marinho dos galápagos:

• quando um animal frio é imerso em água, que está 20ºC acima de sua TC, o aquecimento é 2x mais rápido do que o resfriamento;

• no ar ambas as taxas são superiores, mas o aquecimento se mantém 2x mais rápido que o resfriamento.

• Durante o aquecimento: aumenta frequência cardíaca e Tº corpórea.

• Durante o resfriamento: diminui bruscamente a frequência cardíaca, reduzindo a circulação e retardando a perda de calor.

• Cobras fêmeas mantêm alta sua T° corpórea quando em período de incubação de seus ovos.

ex : Serpente Piton – com auxílio de um termopar, notou-se um aumento em sua Tº corpórea que ficou 4 a 5ºC acima da Tº do ar. Aumentou a taxa de consumo de O2, e após 30 dias diminuiu em 30% seu peso corpóreo de 14,3kg para 10,3kg.

Ectotermos terrestres no deserto

AR SECOAUSÊNCIA DE

NUVENS

FORTE RADIAÇÃO

SOLAR

VEGETAÇÃO ESPARSA

BAIXA DENSIDADE DE

INSETOS

POPULAÇÃO ESPARSA DE PEQ.

VERTEBRADOS

REDUÇÃO DE CARNIVOROS PREDADORES

Adaptações

• Baixas temperaturas metabólicas,(amenizam a escassez de água e alimentos);

• Aumento dos limites dentro dos quais controlam a temperatura corporal e concentrações de fluido corporal;

• Tornam-se inativos durante longos períodos do ano ou adotam uma combinação de ambas as respostas.

• Dia (quente) e a Noite (frio)

• Temperatura anual mínima: abaixo do ponto de congelamento

• temperatura anual máxima: acima de 50ºC

• Parte do solo iluminado (muito quente, letal)

• Parte do solo sombreado (frio)

• Solução: abrigos subterrâneos (temperatura anual varia entre 10 a 25ºC)

• Lepidobatrachus laevis (Am Sul) – animal se enterra e constrói um “casulo” para se proteger da perda de água

• Armazena H2O na bexiga urinária (até 25% MC)

• Animal se enterra (até 2 anos) Alimentam-se de térmitas

Exemplos..

Jabuti-do-Deserto de Mohave

• Cavam buracos rasos (abrigos diários durante o verão)

• Cavam buracos profundos (hibernar no inverno)

Gopherus agassizii

Lagarto iguanídeo “chukwalla” (Sauromallus obesus)

• California, EUA.

• Mesmas dificuldades que os jabutis, mas a resposta é diferente.

• Possuem glândulas de sal

• Não bebem água da chuva

• Obtém água das plantas que consomem (água livre e água metabólica)

Comportamento do lagarto Sauromalus obesus

Anfíbios no deserto

Pele permeável no deserto!

• Possuem a pele tão permeável quanto anfíbios de ambientes úmidos.

• Devem controlar perda e ganho de água através de comportamento.

Constroem buracos de cerca de 60cm de profundidade, e enchem as extremidades de lama.

Scaphiopus multiplicatus

Phyllomedusa sauvagei

Chiromantis xerampelina

• Perdem água pela pele a uma taxa de 1\10 das demais = espalha com as patas secreções lipídicas de glândulas dérmicas sobre o corpo.

• Excreção de ácido úrico (uricotélicos)

• Desenvolvimento rápido em poças de chuva (2-3 semanas)

Chiromantis xerampelina: abandona sua coloração escura e protetora (esquerda) e adota uma cor mais clara para refletir os raios de sol (direita).

Mudança de cor:

•MSH – hormônio estimulador dos melanóforos – produzido pela hipófise

•MSH => dispersão de melanina => animal escurece.

Ectotermos terrestres no frio

• Em altitudes de 3000 metros, como no oeste da América do Norte, esses animais enfrentam temperaturas abaixo do ponto de congelamento em noites frias, mas os dias ensolarados permitem termorregulação e atividade destes.

• Resistem a temperaturas –5,5ºC

Sceloporus jarrovi

• Tartarugas pintadas: poem ovos em ninhos que a fêmea escava no solo, num buraco de poucos cm.

• No final do verão os filhotes permanecem no ninho até a próxima primavera. Chrysemys picta

•Ao congelar o solo os filhotes ficam expostos a temperaturas de até –10ºC.

•A camada externa da pele das tartarugas forma uma barreira que resiste a penetração dos cristais de gelo. Camada esta formada por alfa-queratina e uma camada de lipídeos mais interna.

•A rã (Rana sylvatica) pode sobreviver no inverno graças à capacidade de tornar-se congelada e sólida. O animal não é danificado durante o processo e é reanimado com o aumento da temperatura.

• O processo de descongelamento é ainda um mistério, os cientistas precisam identificar o “gatilho” que reinicia o batimento cardíaco da rã.

• Imagens de ressonância magnética de uma rã durante o processo de congelamento.

•A região escura corresponde ao local onde os cristais de gelo são formados.

O congelamento progride em direção aos órgãos vitais.

•O fígado (em forma de V) é o último a congelar. O fígado produz a glicose, que diminui o ponto de congelamento e protege as células.

• Estudos recentes revelaram que pelo menos 5 espécies de rãs da América do Norte sobrevivem ao congelamento de seus líquidos corporais a –8ºC no inverno: Hyla chrysoscelis, Hyla versicolor, Pseudacris crucifer, Pseudacris tliserjata e Rana sylvatica. Esta adaptação permite que essas espécies “hibernem” abaixo da superfície do solo da floresta onde a exposição à temperaturas abaixo de zero é inevitável.

Hyla versicolor

• Depressão metabólica: estratégia adaptativa chave para sobrevivência em ambientes extremos

• Níveis elevados de glicose: deprimem a biossíntese de uréia no fígado.

•Rãs congeladas: apresentam mecanismos para gerar ATP a partir da fermentação do glicogênio ou glicose, e são tolerantes a períodos com pouca energia.

Invertebrados voadores

• Tornam-se progressivamente lerdos e incapazes de voar a temperaturas baixas;

• Alguns conseguem aquecer os músculos do vôo;

• Músculos do vôo encontram-se no tórax e podem produzir calor por tremores;

• Principalmente em grandes insetos como gafanhotos, grandes mariposas, borboletas, mamangavas, vespas e abelhas

Vantagens da ectotermia

• Conversão da energia em biomassa;

• Energia de origem alimentar;

• Necessidade de menor quantidade de alimento;

• Hábitats com suprimentos energéticos baixos.

Desvantagens da ectotermia

• Exclusão de certos hábitats;

• Tempo de termorregulação.

• A ectotermia não é uma simples estratégia para obter energia, mas uma complexa adaptação de caráter ancestral, que vem obtendo sucesso ao longo dos tempos e comprovando ser um modo de vida muito efetivo nos ecossistemas modernos.

Conclusão

Baldisserotto, B. Fisiologia de peixes aplicada à piscicultura. 2ª. ed., Editora da UFSM, Santa Maria, 2009, 352p.

Hill, R.W.; Wyse, G.A.; Anderson, M. Fisiologia animal. 2a ed. Artmed, Porto Alegre. 2012, 894p.

Moyes, C.D.; Schulte, P.M. Princípios de fisiologia animal. 2a ed. Artmed, Porto Alegre. 2010, 792p.

Pough, F.H.; Heiser, J.B.; McFarland, W.N. A vida dos vertebrados. 3ª. ed., Atheneu Editora, São Paulo, 2003, 699p.

Referências bibliográficas

http://2.bp.blogspot.com/CR0mLpCTBYY/TlZIJVgAQpI/AAAAAAAAAJU/QeUOq0p-so0/s1600/73089_Papel-de-Parede-Peixes-Coloridos_1600x1200.jpg

http://www.tecnologiaetreinamento.com.br/wp-content/uploads/2012/10/abelha-rainha-tecnologia-e-treinamento

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Referências das imagens