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Corso di Zoologia- A.A. 2009-10 BIOENERGETICA E METABOLISMO Prof. Gianluca Polese Università degli Studi di Napoli Dipartimento di Biologia Strutturale ed Applicata Via Cinthia, MSA, 80126 Napoli E-mail: [email protected] Corso di Zoologia- A.A. 2009-10 BIOENERGETICA E METABOLISMO Prof. Gianluca Polese Università degli Studi di Napoli Dipartimento di Biologia Strutturale ed Applicata Via Cinthia, MSA, 80126 Napoli E-mail: [email protected] Definizioni Bioenergetica Definizioni Bioenergetica Utilizzazione e conversione dell’energia ad opera dei sistemi viventi Definizioni Bioenergetica Utilizzazione e conversione dell’energia ad opera dei sistemi viventi (es. bionergetica del volo, cioè come l’energia chimica viene trasformata in meccanica per sollevare il corpo e vincere la forza di gravità). Definizioni Bioenergetica Utilizzazione e conversione dell’energia ad opera dei sistemi viventi (es. bionergetica del volo, cioè come l’energia chimica viene trasformata in meccanica per sollevare il corpo e vincere la forza di gravità). Metabolismo Definizioni Bioenergetica Utilizzazione e conversione dell’energia ad opera dei sistemi viventi (es. bionergetica del volo, cioè come l’energia chimica viene trasformata in meccanica per sollevare il corpo e vincere la forza di gravità). Metabolismo Reazioni che si svolgono nelle cellule Definizioni Bioenergetica Utilizzazione e conversione dell’energia ad opera dei sistemi viventi (es. bionergetica del volo, cioè come l’energia chimica viene trasformata in meccanica per sollevare il corpo e vincere la forza di gravità). Metabolismo Reazioni che si svolgono nelle cellule (es. distruzione delle proteine assimilate; trasformazione del ATP in ADP per l’energia). Definizioni Sistema Definizioni Sistema Ciò che è costituito da più elementi interdipendenti, uniti tra loro in modo organico Definizioni Sistema Ciò che è costituito da più elementi interdipendenti, uniti tra loro in modo organico Un organismo è un sistema aperto ad elevata energia interna che interagisce con l’ambiente scambiando materia ed energia. Definizioni Energia Definizioni Energia grandezza fisica che esprime l'attitudine di un corpo o di un sistema di corpi a compiere lavoro Definizioni Energia grandezza fisica che esprime l'attitudine di un corpo o di un sistema di corpi a compiere lavoro Fattore in grado di cambiare, potenzialmente o effettivamente, lo stato iniziale di un qualsiasi corpo o sistema. Definizioni Energia grandezza fisica che esprime l'attitudine di un corpo o di un sistema di corpi a compiere lavoro Fattore in grado di cambiare, potenzialmente o effettivamente, lo stato iniziale di un qualsiasi corpo o sistema. Gli esseri viventi possono essere considerati dei sistemi biologici dinamici, cioè passano continuamente da uno stato energetico ad un altro. Definizioni Energia grandezza fisica che esprime l'attitudine di un corpo o di un sistema di corpi a compiere lavoro Fattore in grado di cambiare, potenzialmente o effettivamente, lo stato iniziale di un qualsiasi corpo o sistema. Gli esseri viventi possono essere considerati dei sistemi biologici dinamici, cioè passano continuamente da uno stato energetico ad un altro. La quantità di lavoro che gli esseri viventi devono compiere per rimanere in vita determina le loro esigenze energetiche! Definizioni Definizioni Tipi di energia: cinetica, potenziale, elettrica, elastica, meccanica, termica, chimica, nucleare. Definizioni Tipi di energia: cinetica, potenziale, elettrica, elastica, meccanica, termica, chimica, nucleare. Definizioni Tipi di energia: cinetica, potenziale, elettrica, elastica, meccanica, termica, chimica, nucleare. Definizioni Tipi di energia: cinetica, potenziale, elettrica, elastica, meccanica, termica, chimica, nucleare. Caloria (unità di misura dell’energia): quantità di energia necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di un grammo d’acqua. Principali vie di utilizzazione dell’energia negli animali Energia richiesta per il metabolismo basale 1 INGESTIONE CIBO Energia disponibile per tutte le altre attività DIGESTIONE CIBO ENERGIA CHIMICA PERDUTA NELLE FECI ENERGIA CHIMICA ASSORBITA 4 3 2 FUNZIONI DI MANTENIMENTO ENERGIA CHIMICA Perdita nell’urina, nella cute eliminata nella muta, nei secreti, ecc. CALORE ENERGIA CHIMICA Incorporata in nuovo citoplasma durante l’accrescimento e lo sviluppo CALORE CALORE inefficienza inefficienza Conversione di energia interna in calore inefficienza inefficienza Circolazione, respirazione, ecc. CALORE LAVORO ESTERNO Locomozione, raccolta del cibo, costruzione nido, riproduzione, ecc. CALORE Flusso di energia nel metabolismo Flusso di energia nel metabolismo Catturare energia dal metabolismo senza distruggersi con il calore prodotto è una grossa sfida per tutti gli esseri viventi. Flusso di energia nel metabolismo Catturare energia dal metabolismo senza distruggersi con il calore prodotto è una grossa sfida per tutti gli esseri viventi. Le cellule accoppiano reazioni eso- con quelle endo-energetiche. Flusso di energia nel metabolismo Catturare energia dal metabolismo senza distruggersi con il calore prodotto è una grossa sfida per tutti gli esseri viventi. Le cellule accoppiano reazioni eso- con quelle endo-energetiche. I’intermediario più comune per gli scambi di energia nelle cellule é l’ATP (adenosintrifosfato). Definizioni Termodinamica Definizioni Termodinamica Branca della fisica che studia il flusso di energia nei sistemi fisici o biologici dopo uno scambio di energia con altri sistemi o con l'ambiente. Definizioni Termodinamica Branca della fisica che studia il flusso di energia nei sistemi fisici o biologici dopo uno scambio di energia con altri sistemi o con l'ambiente. Il vivente va interpretato come “sistema biologico”. Principi Termodinamica Principi Termodinamica Il calore passa da un corpo caldo ad uno relativamente freddo. Principi Termodinamica Il calore passa da un corpo caldo ad uno relativamente freddo. L’energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma. Principi Termodinamica Il calore passa da un corpo caldo ad uno relativamente freddo. L’energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma. Durante una trasformazione energetica il rendimento non è mai del 100% Metabolismo Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Respirazione cellulare: tutte le reazioni metaboliche che liberano energia per compiere lavoro a livello cellulare (da non confondere con la respirazione intesa come meccanismo di ventilazione di polmoni e branchie). Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Respirazione cellulare: tutte le reazioni metaboliche che liberano energia per compiere lavoro a livello cellulare (da non confondere con la respirazione intesa come meccanismo di ventilazione di polmoni e branchie). R. aerobica o metabolismo aerobio: demolizione del glucosio in presenza di ossigeno. Convergenza delle principali vie metaboliche In presenza di ossigeno le molecole vengono metabolizzate ottenendo 3 prodotti finali Convergenza delle principali vie metaboliche In presenza di ossigeno le molecole vengono metabolizzate ottenendo 3 prodotti finali proteine polisaccaridi grassi Convergenza delle principali vie metaboliche In presenza di ossigeno le molecole vengono metabolizzate ottenendo 3 prodotti finali proteine amminoacidi polisaccaridi monosaccaridi grassi glicerolo acidi grassi Convergenza delle principali vie metaboliche In presenza di ossigeno le molecole vengono metabolizzate ottenendo 3 prodotti finali proteine amminoacidi polisaccaridi monosaccaridi grassi glicerolo acidi grassi piruvato Acetil CoA Convergenza delle principali vie metaboliche In presenza di ossigeno le molecole vengono metabolizzate ottenendo 3 prodotti finali proteine amminoacidi polisaccaridi monosaccaridi grassi glicerolo acidi grassi NH3 piruvato Acetil CoA Ciclo di Krebs CO2 Convergenza delle principali vie metaboliche In presenza di ossigeno le molecole vengono metabolizzate ottenendo 3 prodotti finali proteine amminoacidi polisaccaridi monosaccaridi grassi NH3 piruvato Acetil CoA Ciclo di Krebs glicerolo acidi grassi CO2 METABOLISMO DEL GLUCOSIO C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + energia (ATP + calore) Sistema di trasporto degli elettroni H 2O Convergenza delle principali vie metaboliche Convergenza delle principali vie metaboliche METABOLISMO DEL GLUCOSIO C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + energia (ATP + calore) Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Respirazione cellulare: tutte le reazioni metaboliche che liberano energia per compiere lavoro a livello cellulare (da non confondere con la respirazione intesa come meccanismo di ventilazione di polmoni e branchie). R. aerobica o metabolismo aerobio: demolizione del glucosio in presenza di ossigeno. Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Respirazione cellulare: tutte le reazioni metaboliche che liberano energia per compiere lavoro a livello cellulare (da non confondere con la respirazione intesa come meccanismo di ventilazione di polmoni e branchie). R. aerobica o metabolismo aerobio: demolizione del glucosio in presenza di ossigeno. R. anaerobica o metabolismo anaerobio: (glicolisi) demolizione del glucosio in assenza di ossigeno (es. vari protozoi in ambienti anossici; mitili a secco; vari nematodi; alcuni platelminti; anaerobiosi facoltativa negli oligocheti limicoli). Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Respirazione cellulare: tutte le reazioni metaboliche che liberano energia per compiere lavoro a livello cellulare (da non confondere con la respirazione intesa come meccanismo di ventilazione di polmoni e branchie). R. aerobica o metabolismo aerobio: demolizione del glucosio in presenza di ossigeno. R. anaerobica o metabolismo anaerobio: (glicolisi) demolizione del glucosio in assenza di ossigeno (es. vari protozoi in ambienti anossici; mitili a secco; vari nematodi; alcuni platelminti; anaerobiosi facoltativa negli oligocheti limicoli). – Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Il ghepardo può sostenere solo brevi periodi di intenso lavoro muscolare mentre insegue una preda o fugge da un pericolo. Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Il ghepardo può sostenere solo brevi periodi di intenso lavoro muscolare mentre insegue una preda o fugge da un pericolo. L’aumento della frequenze respiratoria e cardiaca possono soddisfare l’aumentata richiesta di O2 fino ad un certo punto. Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Il ghepardo può sostenere solo brevi periodi di intenso lavoro muscolare mentre insegue una preda o fugge da un pericolo. L’aumento della frequenze respiratoria e cardiaca possono soddisfare l’aumentata richiesta di O2 fino ad un certo punto. Se ciò accade le cellule continuano a compiere lavoro ma l’energia non viene ricavata dalla respirazione aerobica. Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Il ghepardo può sostenere solo brevi periodi di intenso lavoro muscolare mentre insegue una preda o fugge da un pericolo. L’aumento della frequenze respiratoria e cardiaca possono soddisfare l’aumentata richiesta di O2 fino ad un certo punto. Se ciò accade le cellule continuano a compiere lavoro ma l’energia non viene ricavata dalla respirazione aerobica. Il piruvato viene poi trasformato in acido lattico e accumulato. Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno: Il ghepardo può sostenere solo brevi periodi di intenso lavoro muscolare mentre insegue una preda o fugge da un pericolo. L’aumento della frequenze respiratoria e cardiaca possono soddisfare l’aumentata richiesta di O2 fino ad un certo punto. Se ciò accade le cellule continuano a compiere lavoro ma l’energia non viene ricavata dalla respirazione aerobica. Il piruvato viene poi trasformato in acido lattico e accumulato. In fase di riposo l’acido lattico viene ritrasformato in piruvato che entra nel ciclo di Krebs. L’O2 usato nella fase di riposo rappresenta il debito di O2 dell’animale, cioè la quantità necessaria per ossidare il lattato accumulato Metabolismo In ogni cellula il metabolismo implica molte e differenti reazioni chimiche. Respirazione cellulare: tutte le reazioni metaboliche che liberano energia per compiere lavoro a livello cellulare (da non confondere con la respirazione intesa come meccanismo di ventilazione di polmoni e branchie). R. aerobica o metabolismo aerobio: demolizione del glucosio in presenza di ossigeno. R. anaerobica o metabolismo anaerobio: (glicolisi) demolizione del glucosio in assenza di ossigeno (es. vari protozoi in ambienti anossici; mitili a secco; vari nematodi; alcuni platelminti; anaerobiosi facoltativa negli oligocheti limicoli). – Fisiologia dello sforzo locomotorio e debito d’ossigeno La temperatura Temperatura e vita animale Temperatura e vita animale Temperatura del globo da –65°C a 60°C. Temperatura e vita animale Temperatura del globo da –65°C a 60°C. Variazioni geografiche – diurne – stagionali. Temperatura e vita animale Temperatura del globo da –65°C a 60°C. Variazioni geografiche – diurne – stagionali. Ambienti acquatici più stabili (variazioni geografiche da –2°C a + 40°C). Temperatura e vita animale Temperatura del globo da –65°C a 60°C. Variazioni geografiche – diurne – stagionali. Ambienti acquatici più stabili (variazioni geografiche da –2°C a + 40°C). Reazioni biochimiche avvengono solo a temperature ottimali: alte T = denaturazioni proteiche basse T = rallentamento chimico. Temperatura e vita animale Temperatura del globo da –65°C a 60°C. Variazioni geografiche – diurne – stagionali. Ambienti acquatici più stabili (variazioni geografiche da –2°C a + 40°C). Reazioni biochimiche avvengono solo a temperature ottimali: alte T = denaturazioni proteiche basse T = rallentamento chimico. Limiti della vita attiva: Temperatura e vita animale Temperatura del globo da –65°C a 60°C. Variazioni geografiche – diurne – stagionali. Ambienti acquatici più stabili (variazioni geografiche da –2°C a + 40°C). Reazioni biochimiche avvengono solo a temperature ottimali: alte T = denaturazioni proteiche basse T = rallentamento chimico. Limiti della vita attiva: –200°C a 100°C. Pterostichus brevicornis (Coleoptera, Carabidae): -87° C in condizioni naturali Polypedilum vanderplanki (Diptera, Chironomidae): -270° C in elio liquido disidratato sperimentalmente INSETTI RECORD Trichiocampus populi (Hymenoptera): -196° C in azoto liquido non disidratato Cataglyphis (Hymenoptera, Formicidae): 55° C in condizioni naturali Pterostichus brevicornis (Coleoptera, Carabidae): -87° C in condizioni naturali Vari crostacei e pesci INSETTI RECORD vivono in acque termali a più di 50°C. Trichiocampus populi (Hymenoptera): -196° C in azoto liquido non disidratato Polypedilum vanderplanki (Diptera, Chironomidae): -270° C in elio liquido disidratato sperimentalmente Cataglyphis (Hymenoptera, Formicidae): 55° C in condizioni naturali Pterostichus brevicornis (Coleoptera, Carabidae): -87° C in condizioni naturali Polypedilum vanderplanki (Diptera, Chironomidae): -270° C in elio liquido disidratato sperimentalmente Ogni specie può vivere e Vari crostacei e pesci riprodursi solo in un Cataglyphis INSETTI RECORD vivono in acque (Hymenoptera, determinato range di termali a più di 50°C. Formicidae): 55° C in condizioni temperature. naturali Trichiocampus populi (Hymenoptera): -196° C in azoto liquido non disidratato Specie steno- ed euriterme Stenotermo: un organismo che almeno nel periodo di vita attiva, tollera solo un intervallo limitato di temperature ambientali. Euritermo: è un organismo dotato di un elevata tolleranza ecologica nei confronti della temperatura. Trasferimento di calore Modalità di perdita e acquisto di calore dall’ambiente. Trasferimento di calore Modalità di perdita e acquisto di calore dall’ambiente. Irraggiamento: emissione o assorbimento di radiazione elettromagnetica. Es. dal Sole, ma anche da altri corpi caldi. Trasferimento di calore Modalità di perdita e acquisto di calore dall’ambiente. Irraggiamento: emissione o assorbimento di radiazione elettromagnetica. Es. dal Sole, ma anche da altri corpi caldi. Conduzione: scambio di calore tra due corpi a contatto. Es. un animale a contatto con il suolo. Trasferimento di calore Modalità di perdita e acquisto di calore dall’ambiente. Irraggiamento: emissione o assorbimento di radiazione elettromagnetica. Es. dal Sole, ma anche da altri corpi caldi. Conduzione: scambio di calore tra due corpi a contatto. Es. un animale a contatto con il suolo. Convezione: propagazione del calore attraverso i movimenti di un gas o un liquido. Il fenomeno è preceduto dalla conduzione. Es. un organismo in acqua cede o acquista calore inizialmente per conduzione allo strato di particelle che lo circondano che poi sono subito sostituite da nuove. Trasferimento di calore Modalità di perdita e acquisto di calore dall’ambiente. Irraggiamento: emissione o assorbimento di radiazione elettromagnetica. Es. dal Sole, ma anche da altri corpi caldi. Conduzione: scambio di calore tra due corpi a contatto. Es. un animale a contatto con il suolo. Convezione: propagazione del calore attraverso i movimenti di un gas o un liquido. Il fenomeno è preceduto dalla conduzione. Es. un organismo in acqua cede o acquista calore inizialmente per conduzione allo strato di particelle che lo circondano che poi sono subito sostituite da nuove. Evaporazione: passaggio dallo stato liquido a quello di vapore. Il fenomeno richiede energia. Animali e temperatura corporea Animali e temperatura corporea Antica distinzione tra animali a sangue caldo e freddo soggettiva e aspecifica (es. iguana del deserto tollera 47°C). Animali e temperatura corporea Antica distinzione tra animali a sangue caldo e freddo soggettiva e aspecifica (es. iguana del deserto tollera 47°C). Omeotermi: animali con temperatura corporea costante (es. mammiferi). Animali e temperatura corporea Antica distinzione tra animali a sangue caldo e freddo soggettiva e aspecifica (es. iguana del deserto tollera 47°C). Omeotermi: animali con temperatura corporea costante (es. mammiferi). Pecilotermi (eterotermi): animali con T. variabile (es. maggioranza invertebrati; pesci). Animali e temperatura corporea Antica distinzione tra animali a sangue caldo e freddo soggettiva e aspecifica (es. iguana del deserto tollera 47°C). Omeotermi: animali con temperatura corporea costante (es. mammiferi). Pecilotermi (eterotermi): animali con T. variabile (es. maggioranza invertebrati; pesci). Difficoltà applicative: pesci antartici e abissali con T costante; tra uccelli e mammiferi ci sono specie con variazioni termiche giornaliere e stagionali. Animali e temperatura corporea Animali e temperatura corporea Ectotermi: animali che perdono rapidamente il calore metabolico (invertebrati; pesci; anfibi; rettili). Animali e temperatura corporea Ectotermi: animali che perdono rapidamente il calore metabolico (invertebrati; pesci; anfibi; rettili). Endotermi: conservano il calore metabolico interno e sono in grado di alzare la temperatura corporea molti gradi al di sopra di quella ambientale (es. mammiferi e uccelli). Animali e temperatura corporea Ectotermi: animali che perdono rapidamente il calore metabolico (invertebrati; pesci; anfibi; rettili). Endotermi: conservano il calore metabolico interno e sono in grado di alzare la temperatura corporea molti gradi al di sopra di quella ambientale (es. mammiferi e uccelli). Parziale endotermia: alcuni animali riescono a mantenere molti gradi al di sopra di quella ambientale la temperatura di alcuni tessuti per aumentarne l’efficienza (es. muscoli del nuoto di alcuni pesci; muscoli del volo degli insetti). Temperatura corporea endotermo La temperatura corporea di una lucertola e quella di un topo, rispondono in modo diverso alle variazioni della temperatura ambientale ectotermo Tasso metabolico = produzione calore Cio dipende dal fatto che la produzione del calore da parte della lucertola diminuisce quando la temperatura ambientale cala, mentre nel topo aumenta Temperatura corporea endotermo La temperatura corporea di una lucertola e quella di un topo, rispondono in modo diverso alle variazioni della temperatura ambientale ectotermo Tasso metabolico = produzione calore Cio dipende dal fatto che la produzione del calore da parte della lucertola diminuisce quando la temperatura ambientale cala, mentre nel topo aumenta Quali vantaggi offre l’endotermia? Quali vantaggi offre l’endotermia? CONSIDERAZIONI Quali vantaggi offre l’endotermia? CONSIDERAZIONI A basse T. un endotermo deve trovare cibo a sufficienza per mantenere la produzione di calore elevata e conservare la T. del corpo. Quali vantaggi offre l’endotermia? CONSIDERAZIONI A basse T. un endotermo deve trovare cibo a sufficienza per mantenere la produzione di calore elevata e conservare la T. del corpo. Se non trova cibo a sufficienza la sua T. si abbassa e sopraggiunge la morte. Quali vantaggi offre l’endotermia? CONSIDERAZIONI A basse T. un endotermo deve trovare cibo a sufficienza per mantenere la produzione di calore elevata e conservare la T. del corpo. Se non trova cibo a sufficienza la sua T. si abbassa e sopraggiunge la morte. Quali sono allora i vantaggi se l’animale è condannato a questo tipo di vita? Quali vantaggi offre l’endotermia? CONSIDERAZIONI A basse T. un endotermo deve trovare cibo a sufficienza per mantenere la produzione di calore elevata e conservare la T. del corpo. Se non trova cibo a sufficienza la sua T. si abbassa e sopraggiunge la morte. Quali sono allora i vantaggi se l’animale è condannato a questo tipo di vita? Perché mantenere T. del corpo così elevate con dispendio energetico notevole? Quali vantaggi offre l’endotermia? CONSIDERAZIONI A basse T. un endotermo deve trovare cibo a sufficienza per mantenere la produzione di calore elevata e conservare la T. del corpo. Se non trova cibo a sufficienza la sua T. si abbassa e sopraggiunge la morte. Quali sono allora i vantaggi se l’animale è condannato a questo tipo di vita? Perché mantenere T. del corpo così elevate con dispendio energetico notevole? RISPOSTE Gli organismi non vivono da soli, ma con altri organismi (predatori o competitori). Gli endotermi sfruttano le risorse alimentari che non vengono utilizzate dagli ectotermi, perchè sono attivi in circostanze in cui gli ectotermi sono costretti all’immobilità. Regolazione della Temperatura Temperatura corporea Temperatura corporea La T. interna del corpo degli organismi è tale in quanto le reazioni biochimiche necessarie alla vita delle cellule si svolgono al meglio a quella temperatura. Temperatura corporea La T. interna del corpo degli organismi è tale in quanto le reazioni biochimiche necessarie alla vita delle cellule si svolgono al meglio a quella temperatura. La T. è mantenuta da meccanismi nervosi; ormonali e cutanei. Temperatura corporea La T. interna del corpo degli organismi è tale in quanto le reazioni biochimiche necessarie alla vita delle cellule si svolgono al meglio a quella temperatura. La T. è mantenuta da meccanismi nervosi; ormonali e cutanei. Un organismo, per poter influenzare la propria temperatura, deve essere in grado di rilevare variazione ambientali e corporee. Temperatura corporea La T. interna del corpo degli organismi è tale in quanto le reazioni biochimiche necessarie alla vita delle cellule si svolgono al meglio a quella temperatura. La T. è mantenuta da meccanismi nervosi; ormonali e cutanei. Un organismo, per poter influenzare la propria temperatura, deve essere in grado di rilevare variazione ambientali e corporee. La presenza di recettori, sensibili a minime variazioni della T. è fondamentale per: – trasmissione degli impulsi al SNC – ottenere adeguate risposte fisiologiche e comportamentali. Temperatura corporea La T. interna del corpo degli organismi è tale in quanto le reazioni biochimiche necessarie alla vita delle cellule si svolgono al meglio a quella temperatura. La T. è mantenuta da meccanismi nervosi; ormonali e cutanei. Un organismo, per poter influenzare la propria temperatura, deve essere in grado di rilevare variazione ambientali e corporee. La presenza di recettori, sensibili a minime variazioni della T. è fondamentale per: – trasmissione degli impulsi al SNC – ottenere adeguate risposte fisiologiche e comportamentali. Meccanismo di regolazione della T nei mammiferi. L’ipotalamo: il termostato dei mammiferi Temperatura corporea La T. interna del corpo degli organismi è tale in quanto le reazioni biochimiche necessarie alla vita delle cellule si svolgono al meglio a quella temperatura. La T. è mantenuta da meccanismi nervosi; ormonali e cutanei. Un organismo, per poter influenzare la propria temperatura, deve essere in grado di rilevare variazione ambientali e corporee. La presenza di recettori, sensibili a minime variazioni della T. è fondamentale per: – trasmissione degli impulsi al SNC – ottenere adeguate risposte fisiologiche e comportamentali. Meccanismo di regolazione della T nei mammiferi. Termoregolazione “ectotermi” Termoregolazione “ectotermi” Ectotermi sono incapaci o scarsamente capaci di termoregolare. Termoregolazione “ectotermi” Ectotermi sono incapaci o scarsamente capaci di termoregolare. - Alcuni mettono in atto una regolazione comportamentale. Termoregolazione “ectotermi” Ectotermi sono incapaci o scarsamente capaci di termoregolare. - Alcuni mettono in atto una regolazione comportamentale. - Quelli che vivono in acqua sono chiaramente agevolati: maggiore stabilità termica dell’ambiente. Termoregolazione “ectotermi” Ectotermi sono incapaci o scarsamente capaci di termoregolare. - Alcuni mettono in atto una regolazione comportamentale. - Quelli che vivono in acqua sono chiaramente agevolati: maggiore stabilità termica dell’ambiente. - Controllo metabolico: adattamento delle reazioni metaboliche alle variazioni di temperatura. L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) Raggiunge temperature corporee prossime ai 47°C. L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) Raggiunge temperature corporee prossime ai 47°C. L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) Raggiunge temperature corporee prossime ai 47°C. Si espone ai raggi del sole nella tarda mattinata. L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) Raggiunge temperature corporee prossime ai 47°C. Si espone ai raggi del sole nella tarda mattinata. L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) Raggiunge temperature corporee prossime ai 47°C. Si espone ai raggi del sole nella tarda mattinata. Può variare la colorazione del corpo in relazione alle necessità termiche: scuro a temperature moderate; L’iguana del deserto (Dipsosaurus dorsalis) Raggiunge temperature corporee prossime ai 47°C. Si espone ai raggi del sole nella tarda mattinata. Può variare la colorazione del corpo in relazione alle necessità termiche: scuro a temperature moderate; sempre più chiaro all’avvicinarsi dei periodi caldi della giornata. Termoregolazione “endotermi” Radiazione solare riflessa Convezione forzata Radiazione solare diretta Termoregolazione “endotermi” Radiazione solare riflessa Convezione forzata Bilanciamento tra perdita e produzione di calore. Radiazione solare diretta Termoregolazione “endotermi” Radiazione solare riflessa Convezione forzata Radiazione solare diretta Bilanciamento tra perdita e produzione di calore. Un endotermo spende molta energia (maggior parte del consumo calorico giornaliero). Termoregolazione “endotermi” Radiazione solare riflessa Convezione forzata Radiazione solare diretta Bilanciamento tra perdita e produzione di calore. Un endotermo spende molta energia (maggior parte del consumo calorico giornaliero). Calore prodotto dal metabolismo (es. ossidazione di sostanze nutritive; contrazione muscolare) è conservato. Mammiferi 36-38°C; Uccelli 40-42°C. Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Strutturali Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Strutturali Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Strutturali Comportamentali Vasodilatazione / costrizione Vasodilatazione / costrizione Condizione, circoscritta o diffusa, caratterizzata da aumento/diminuzione del calibro dei vasi sanguigni, determinato da rilassamento/contrazione delle strutture elastiche e muscolari delle loro pareti che aumenta/diminuisce l’apporto di sangue in un distretto o in tutto l’organismo. Vasodilatazione / costrizione Condizione, circoscritta o diffusa, caratterizzata da aumento/diminuzione del calibro dei vasi sanguigni, determinato da rilassamento/contrazione delle strutture elastiche e muscolari delle loro pareti che aumenta/diminuisce l’apporto di sangue in un distretto o in tutto l’organismo. Vasodilatazione = meccanismo di raffreddamento del corpo. Vasodilatazione / costrizione Condizione, circoscritta o diffusa, caratterizzata da aumento/diminuzione del calibro dei vasi sanguigni, determinato da rilassamento/contrazione delle strutture elastiche e muscolari delle loro pareti che aumenta/diminuisce l’apporto di sangue in un distretto o in tutto l’organismo. Vasodilatazione = meccanismo di raffreddamento del corpo. Vasocostrizione = meccanismo di riscaldamento del corpo. Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Strutturali Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Strutturali Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione Strutturali Comportamentali Evaporazione Evaporazione Traspirazione attraverso i pori della pelle; es. uomo, cavallo) per abbassare la T. Evaporazione Traspirazione attraverso i pori della pelle; es. uomo, cavallo) per abbassare la T. Aumento la frequenza respiratoria (iperpnea). Es. molti mammiferi, che non possiedono ghiandole sudoripare (es. cane) Evaporazione Traspirazione attraverso i pori della pelle; es. uomo, cavallo) per abbassare la T. Aumento la frequenza respiratoria (iperpnea). Es. molti mammiferi, che non possiedono ghiandole sudoripare (es. cane) Distribuzione di saliva sul corpo che evaporando abbassa la T (es. gatto, alcuni canguri). Anche urina (es. alcuni i pipistrelli). Evaporazione Traspirazione attraverso i pori della pelle; es. uomo, cavallo) per abbassare la T. Aumento la frequenza respiratoria (iperpnea). Es. molti mammiferi, che non possiedono ghiandole sudoripare (es. cane) Distribuzione di saliva sul corpo che evaporando abbassa la T (es. gatto, alcuni canguri). Anche urina (es. alcuni i pipistrelli). Anche ectotermi: es. rana toro aumenta secrezione del muco cutaneo che evaporando raffredda il corpo. Evaporazione Traspirazione attraverso i pori della pelle; es. uomo, cavallo) per abbassare la T. Aumento la frequenza respiratoria (iperpnea). Es. molti mammiferi, che non possiedono ghiandole sudoripare (es. cane) Distribuzione di saliva sul corpo che evaporando abbassa la T (es. gatto, alcuni canguri). Anche urina (es. alcuni i pipistrelli). Anche ectotermi: es. rana toro aumenta secrezione del muco cutaneo che evaporando raffredda il corpo. Problema disidratazione e recupero acqua producendo urine molto concentrate e feci secche. Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Comportamentali Regola di Bergmann Regola di Bergmann Si riferisce alla relazione che negli endotermi si stabiliscono tra il clima termico dell’ambiente e il rapporto superficie/volume del corpo di un animale. Regola di Bergmann Si riferisce alla relazione che negli endotermi si stabiliscono tra il clima termico dell’ambiente e il rapporto superficie/volume del corpo di un animale. Premesse: il volume aumenta di un fattore elevato al cubo; la superficie al quadrato. Regola di Bergmann Si riferisce alla relazione che negli endotermi si stabiliscono tra il clima termico dell’ambiente e il rapporto superficie/volume del corpo di un animale. Premesse: il volume aumenta di un fattore elevato al cubo; la superficie al quadrato. Quindi il rapporto superficie/volume è tanto minore in un animale quanto è più grande di dimensioni. Rapporto superficie-volume diminuisce con l'aumento delle dimensioni lineari Dimensioni lineari 2 1 3 1 4 9 area Superficie Volume 1 8 rapporto tra Superficie e Volume 24/8 = 3 6/1 = 6 27 54/27 =2 volume Regola di Bergmann Si riferisce alla relazione che negli endotermi si stabiliscono tra il clima termico dell’ambiente e il rapporto superficie/volume del corpo di un animale. Premesse: il volume aumenta di un fattore elevato al cubo; la superficie al quadrato. Quindi il rapporto superficie/volume è tanto minore in un animale quanto è più grande di dimensioni. Regola di Bergmann Si riferisce alla relazione che negli endotermi si stabiliscono tra il clima termico dell’ambiente e il rapporto superficie/volume del corpo di un animale. Premesse: il volume aumenta di un fattore elevato al cubo; la superficie al quadrato. Quindi il rapporto superficie/volume è tanto minore in un animale quanto è più grande di dimensioni. La quantità di calore contenuta in un corpo è relativa al suo volume e ciò è grosso modo valido anche per gli animali, malgrado non siano omogenei strutturalmente (es. tessuti diversi, possono contenere diverse quantità di calore). Regola di Bergmann Si riferisce alla relazione che negli endotermi si stabiliscono tra il clima termico dell’ambiente e il rapporto superficie/volume del corpo di un animale. Premesse: il volume aumenta di un fattore elevato al cubo; la superficie al quadrato. Quindi il rapporto superficie/volume è tanto minore in un animale quanto è più grande di dimensioni. La quantità di calore contenuta in un corpo è relativa al suo volume e ciò è grosso modo valido anche per gli animali, malgrado non siano omogenei strutturalmente (es. tessuti diversi, possono contenere diverse quantità di calore). Per cui un animale di maggiori dimensioni ha una quantità di calore maggiore rispetto ad uno più piccolo (ha anche una superficie di scambio maggiore, naturalmente), ma il rapporto superficie volume è più piccolo e perde calore più lentamente a parità di condizioni (stessa forma e isolamenti termici). Regola di Bergmann In una stessa specie, o in specie affini, a parità di altre condizioni ecologiche (risorse alimentari, densità, pressione di predazione, etc.) le moli maggiori sono raggiunte nelle parti più fredde dell’area di distribuzione. Pinguini australi Aptenodytes forsteri Spheniscus magellanicus Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Animali che abitano zone calde hanno in genere appendici più estese rispetto alle specie simili di ambienti freddi (regola di Allen). Comportamentali Regola di Allen Regola di Allen Riguarda il clima e la forma degli animali. Regola di Allen Riguarda il clima e la forma degli animali. Nelle zone calde le appendici nei mammiferi sono più lunghe (es. orecchie e coda; collo e zampe più slanciate). Regola di Allen Riguarda il clima e la forma degli animali. Nelle zone calde le appendici nei mammiferi sono più lunghe (es. orecchie e coda; collo e zampe più slanciate). Perché maggiore è la lunghezza delle appendici maggiore sarà la dispersione del calore. Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Animali che abitano zone calde hanno in genere appendici più estese rispetto alle specie simili di ambienti freddi (regola di Allen). Comportamentali Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Animali che abitano zone calde hanno in genere appendici più estese rispetto alle specie simili di ambienti freddi (regola di Allen). Comportamentali Rifugio in ambienti più favorevoli (abitudini fossorie). Alcuni esempi Alcuni esempi In diverse specie di molluschi Elicidi, vengono secrete spesse membrane alla bocca della conchiglia. Alcuni esempi In diverse specie di molluschi Elicidi, vengono secrete spesse membrane alla bocca della conchiglia. Protopterus amphibius (osteitto sarcopterigio) scava cavità nel fango fino a 80cm in cui si ritira nel periodo estivo. Ritorna in superficie al sopraggiungere delle piogge (anche per anni). Alcuni esempi In diverse specie di molluschi Elicidi, vengono secrete spesse membrane alla bocca della conchiglia. Protopterus amphibius (osteitto sarcopterigio) scava cavità nel fango fino a 80cm in cui si ritira nel periodo estivo. Ritorna in superficie al sopraggiungere delle piogge (anche per anni). Il roditore Citellus fulvus, scompare quando il contenuto d’acqua della vegetazione diviene esiguo. Spesso l’estivazione è seguita da letargo (8 mesi). Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Animali che abitano zone calde hanno in genere appendici più estese rispetto alle specie simili di ambienti freddi (regola di Allen). Comportamentali Rifugio in ambienti più favorevoli (abitudini fossorie). Distensione e contato con superfici fresche Adattamenti in ambienti caldi (meccanismi di raffreddamento) Fisiologici Riduzione del metabolismo basale; Vasodilatazione periferica; Aumento della frequenza respiratoria; Evaporazione; Conservazione dell’acqua (concentraz. urine e feci secche). Strutturali Colore della livrea: chiaro in specie di ambienti caldi. Cambi di colore all’occorrenza (es. l’iguana del deserto assume tonalità più scure al mattino). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più caldi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea minore (regola di Bergmann, Rapporto superficie/volume). Animali che abitano zone calde hanno in genere appendici più estese rispetto alle specie simili di ambienti freddi (regola di Allen). Comportamentali Rifugio in ambienti più favorevoli (abitudini fossorie). Distensione e contato con superfici fresche Estivazione (alcuni rettili). Estivazione Estivazione Fenomeno caratteristico di organismi che vivono nelle regioni torride e desertiche. Estivazione Fenomeno caratteristico di organismi che vivono nelle regioni torride e desertiche. Comporta il rallentamento dell’attività biologica e l’instaurarsi di uno stadio di vita latente durante l’estate. Estivazione Fenomeno caratteristico di organismi che vivono nelle regioni torride e desertiche. Comporta il rallentamento dell’attività biologica e l’instaurarsi di uno stadio di vita latente durante l’estate. Garantisce all’animale di evitare le avverse condizioni climatiche (es. elevate temperature; estrema siccità). Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Torpore Torpore Temporanea risposta alle variazioni delle condizioni ambientali; diminuzione T per poche ore o giornaliera. Torpore Temporanea risposta alle variazioni delle condizioni ambientali; diminuzione T per poche ore o giornaliera. Tipico di molti uccelli e mammiferi. I colibrì hanno una grande superficie rispetto al peso e quindi perdono calore rapidamente in assenza d’attività: di notte riducono la T corporea fino al 50% rispetto a quella diurna. Molti pipistrelli riducono la temperatura di giorno. Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Ibernazione Ibernazione Differisce dal letargo perché non è un vero lungo sonno: gli animali ibernati possono reagire a stimoli, seppure in modo torpido. Ibernazione Differisce dal letargo perché non è un vero lungo sonno: gli animali ibernati possono reagire a stimoli, seppure in modo torpido. Ricorrono all'ibernazione diversi tipi di invertebrati, ma anche anfibi, rettili e mammiferi (orso bruno, tasso, marmotta). Ibernazione Differisce dal letargo perché non è un vero lungo sonno: gli animali ibernati possono reagire a stimoli, seppure in modo torpido. Ricorrono all'ibernazione diversi tipi di invertebrati, ma anche anfibi, rettili e mammiferi (orso bruno, tasso, marmotta). Gli orsi durante il “letargo” abbassano la T interna solo di pochi gradi (5-7 °C), ciò a causa della massa corporea enorme. In questo caso sarebbe difficile riportare T ai livelli normali se l’ipotermia fosse troppo spinta. Ibernazione Differisce dal letargo perché non è un vero lungo sonno: gli animali ibernati possono reagire a stimoli, seppure in modo torpido. Ricorrono all'ibernazione diversi tipi di invertebrati, ma anche anfibi, rettili e mammiferi (orso bruno, tasso, marmotta). Gli orsi durante il “letargo” abbassano la T interna solo di pochi gradi (5-7 °C), ciò a causa della massa corporea enorme. In questo caso sarebbe difficile riportare T ai livelli normali se l’ipotermia fosse troppo spinta. Le funzioni fisiologiche degli orsi, anche se ridotte, si svolgono secondo la norma. Il sonno viene interrotto da più risvegli e le femmine riescono a partorire e ad allattare la prole. Letargo marmotta Marmota sp. ghiro Glis glis Letargo marmotta Marmota sp. ghiro Glis glis Lunga diminuzione stagionale della T. in risposta alle variazioni delle condizioni ambientali. Letargo marmotta Marmota sp. ghiro Glis glis Lunga diminuzione stagionale della T. in risposta alle variazioni delle condizioni ambientali. Le funzioni vitali sono ridotte al minimo; il battito del cuore e il respiro rallentano, il metabolismo si riduce e la temperatura del corpo si abbassa. Letargo marmotta Marmota sp. ghiro Glis glis placentati Lunga diminuzione stagionale della T. in risposta alle variazioni delle condizioni ambientali. Le funzioni vitali sono ridotte al minimo; il battito del cuore e il respiro rallentano, il metabolismo si riduce e la temperatura del corpo si abbassa. Anche se casi di inattività biologica sono rilevabili tra gli invertebrati (insetti, molluschi, anfibi e rettili), un vero e proprio letargo è presente solo nei mammiferi di piccole dimensioni. ornitorinco Ornythorhyncus anatinus echidna Tachyglossus aculeatus monotremi marsupiali opossum Didelphis marsupialis koala Phascolarctos cinereus ATTENZIONE: L’orso non va in letrago !!! Perché ? Marmota flaviventris Termoregolazione sociale durante il letargo Marmota flaviventris Termoregolazione sociale durante il letargo Esibita da alcune specie di mammiferi (es. Marmota flaviventris) contraddistinti da vita gregaria. Marmota flaviventris Termoregolazione sociale durante il letargo Esibita da alcune specie di mammiferi (es. Marmota flaviventris) contraddistinti da vita gregaria. Gli individui di minori dimensioni e i più giovani beneficiano della presenza di conspecifici e dello scambio di calore, aumentando la loro probabilità di sopravvivere. Vantaggi dell’ipotermia Vantaggi dell’ipotermia Il torpore consente di economizzare energia giornaliera, passando praticamente ad una forma di parziale ectotermia. Vantaggi dell’ipotermia Il torpore consente di economizzare energia giornaliera, passando praticamente ad una forma di parziale ectotermia. Il letargo permette di far fronte a condizioni ambientali insostenibili senza dover abbandonare l’area colonizzata (migrazioni). Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Aumento della produzione di calore Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Aumento della produzione di calore Termogenesi da brivido Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Aumento della produzione di calore Termogenesi da brivido Termogenesi senza brivido (ossidazione grasso bruno) Termogenesi da brivido Termogenesi da brivido Fenomeno di contrazioni isometriche dell’apparato muscolare in condizioni di freddo. Termogenesi da brivido Fenomeno di contrazioni isometriche dell’apparato muscolare in condizioni di freddo. Nei chirotteri e colibrì per recuperare la temperatura ideale dopo il torpore, ma anche altri animali per evitare l’eccessivo abbassamento della temperatura. Termogenesi da brivido Fenomeno di contrazioni isometriche dell’apparato muscolare in condizioni di freddo. Nei chirotteri e colibrì per recuperare la temperatura ideale dopo il torpore, ma anche altri animali per evitare l’eccessivo abbassamento della temperatura. Anche in alcuni ectotermi – localmente. Es. i muscoli del volo degli insetti con T più 35°C; 80% dell’energia per riscaldare e 20% per funzionare. – Il pitone indiano Python molurus bivittatus brivido per riscaldare uova (fino a 5-6 gradi sopra quella ambientale). Termogenesi senza brivido Termogenesi senza brivido Sistema per innalzare la T in primavera comune a molti animali che vanno in letargo. Termogenesi senza brivido Sistema per innalzare la T in primavera comune a molti animali che vanno in letargo. Ossidazione grasso bruno. Termogenesi senza brivido Sistema per innalzare la T in primavera comune a molti animali che vanno in letargo. Ossidazione grasso bruno. Particolare tipo di tessuto adiposo localizzato tra le scapole e nella zona renale. Termogenesi senza brivido Sistema per innalzare la T in primavera comune a molti animali che vanno in letargo. Ossidazione grasso bruno. Particolare tipo di tessuto adiposo localizzato tra le scapole e nella zona renale. Questo tessuto contiene una particolare proteina, detta disaccoppiante, che è in grado, bruciando il grasso bruno, di fornire energia sotto forma di calore e quindi di consentire agli animali usciti dal letargo di riscaldarsi in breve tempo. Termogenesi senza brivido Sistema per innalzare la T in primavera comune a molti animali che vanno in letargo. Ossidazione grasso bruno. Particolare tipo di tessuto adiposo localizzato tra le scapole e nella zona renale. Questo tessuto contiene una particolare proteina, detta disaccoppiante, che è in grado, bruciando il grasso bruno, di fornire energia sotto forma di calore e quindi di consentire agli animali usciti dal letargo di riscaldarsi in breve tempo. Interessante notare che grasso bruno è presente anche nei neonati nelle prime settimane di vita, in quanto il loro meccanismo di termoregolazione non funziona ancora perfettamente. Successivamente, nell'adulto, queste cellule si atrofizzano. Tessuto adiposo bianco Poche gocce lipidiche, pochi organuli e scarsa irrorazione del tessuto Tessuto adiposo bruno Numerose gocce lipidiche, molti organuli e maggiore irrorazione del tessuto Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Aumento della produzione di calore Termogenesi da brivido Termogenesi senza brivido (ossidazione grasso bruno) Altro Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Aumento della produzione di calore Termogenesi da brivido Termogenesi senza brivido (ossidazione grasso bruno) Altro Scambi di calore in controcorrente (uccelli, caribù, volpi e cetacei). Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) FISIOLOGICI Ipotermia adattativa (abbassamento periodico della T) Torpore diurno e letargo: diminuzione T giornaliera e stagionale. Forme di vita latente (ibernazione; es. vari ectotermi, orso). Perché l’orso non può andare in letargo? Aumento della produzione di calore Termogenesi da brivido Termogenesi senza brivido (ossidazione grasso bruno) Altro Scambi di calore in controcorrente (uccelli, caribù, volpi e cetacei). Produzione di sostanze anticongelanti o altri particolari adattamenti. Per conservare calore del corpo ci sono nelle zampe “scambiatori di calore in controcorrente”. Le appendici del corpo sono tenute a circa 0°C da un sistema di scambio di calore nei vasi che le attraversano. Chionis alba Uccello antartico Particolari adattamenti al freddo Nei pesci della famiglia dei Nototenioidei diminuisce la presenza di globuli rossi e di emoglobina. Il sangue è meno viscoso e viene così richiesta meno energia al cuore per la circolazione. L'ossigeno è comunque assicurato all'organismo, perché a basse temperature c’è una maggiore concentrazione di ossigeno nell’acqua. Nella famiglia dei Chennittidi (Chaenichthydae) scompare addirittura l'emoglobina nel sangue, (unico esempio tra i vertebrati). Le basse temperature offrono O2 sufficiente alle esigenze dei tessuti. Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più freddi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea maggiore (regola di Bergmann). Rapporto superficie/volume. Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più freddi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea maggiore (regola di Bergmann). Rapporto superficie/volume. Animali che abitano zone fredde hanno in genere appendici più ridotte rispetto alle specie simili di ambienti caldi (regola di Allen). Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più freddi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea maggiore (regola di Bergmann). Rapporto superficie/volume. Animali che abitano zone fredde hanno in genere appendici più ridotte rispetto alle specie simili di ambienti caldi (regola di Allen). COMPORTAMENTALI Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più freddi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea maggiore (regola di Bergmann). Rapporto superficie/volume. Animali che abitano zone fredde hanno in genere appendici più ridotte rispetto alle specie simili di ambienti caldi (regola di Allen). COMPORTAMENTALI Rifugio in ambienti subnivali; Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più freddi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea maggiore (regola di Bergmann). Rapporto superficie/volume. Animali che abitano zone fredde hanno in genere appendici più ridotte rispetto alle specie simili di ambienti caldi (regola di Allen). COMPORTAMENTALI Rifugio in ambienti subnivali; Assunzione di posture che riducono la superficie di scambio (appollottolarsi); Adattamenti in ambienti freddi (meccanismi di riscaldamento) STRUTTURALI Diminuzione della conduttività termica Ispessimento protezioni (pelo e piumaggio); nei cetacei il grasso cutaneo particolarmente spesso (il pelo riduce l’idrodinamismo); secrezioni ghiandolari idrorepellenti. Colore della livrea: più scuro in specie adattate ai climi freddi; necessità mimetiche prevalenti (molti animali albini in ambienti freddi). Forma e dimensione del corpo: in ambienti più freddi specie affini endoterme tendono ad avere una superficie corporea maggiore (regola di Bergmann). Rapporto superficie/volume. Animali che abitano zone fredde hanno in genere appendici più ridotte rispetto alle specie simili di ambienti caldi (regola di Allen). COMPORTAMENTALI Rifugio in ambienti subnivali; Assunzione di posture che riducono la superficie di scambio (appollottolarsi); Migrazione (uccelli delle regioni temperate; incidenza maggiore del fotoperiodo più che della T). This is a female pygmy possum (Cercatetus concinnus) in torpor (top photograph). Its body temperature was around 10 degrees celcius and it would have remained in this state, if left undisturbed, for around 3 to 5 days. Notice the posture adopted by the animal which is typical of alot of torpid mammals.
