Presentazione di PowerPoint

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.