Hibernación
hibernación es un estado de mínima actividad y depresión metabólica que sufren algunas especies animales. La hibernación es una heterotermia estacional caracterizada por baja temperatura corporal, respiración y ritmo cardíaco lentos y tasa metabólica baja. Ocurre más comúnmente durante los meses de invierno.
Aunque tradicionalmente reservado para "profundo" hibernadores como los roedores, el término se ha redefinido para incluir animales como los osos y ahora se aplica en función de la supresión metabólica activa en lugar de cualquier disminución absoluta de la temperatura corporal. Muchos expertos creen que los procesos de letargo e hibernación diarios forman un continuo y utilizan mecanismos similares. El equivalente durante los meses de verano es la estivación.
La hibernación funciona para conservar energía cuando no hay suficientes alimentos disponibles. Para lograr este ahorro de energía, un animal endotérmico disminuye su tasa metabólica y por lo tanto su temperatura corporal. La hibernación puede durar días, semanas o meses, según la especie, la temperatura ambiente, la época del año y la condición corporal del individuo. Antes de entrar en hibernación, los animales necesitan almacenar suficiente energía para durar todo el período de inactividad, posiblemente hasta un invierno completo. Las especies más grandes se vuelven hiperfágicas, comen una gran cantidad de alimentos y almacenan la energía en sus cuerpos en forma de depósitos de grasa. En muchas especies pequeñas, el almacenamiento en caché de alimentos reemplaza a comer y engordar.
Algunas especies de mamíferos hibernan mientras gestan crías, que nacen mientras la madre hiberna o poco después. Por ejemplo, las osas negras hembras hibernan durante los meses de invierno para dar a luz a sus crías. Las madres embarazadas aumentan significativamente su masa corporal antes de la hibernación y este aumento se refleja aún más en el peso de la descendencia. La acumulación de grasa les permite proporcionar un entorno lo suficientemente cálido y acogedor para sus recién nacidos. Durante la hibernación, posteriormente pierden entre el 15 y el 27 % de su peso anterior a la hibernación al utilizar las grasas almacenadas como energía.
Los animales ectotérmicos también pasan por períodos de supresión metabólica y latencia, lo que en muchos invertebrados se conoce como diapausa. Algunos investigadores y miembros del público usan el término brumato para describir la latencia invernal de los reptiles, pero se cree que el término más general hibernación es adecuado para referirse a cualquier latencia invernal. Muchos insectos, como la avispa Polistes exclamans, exhiben períodos de latencia que a menudo se denominan hibernación, a pesar de su ectotermia. Los botánicos pueden usar el término "hibernación de semillas" para referirse a una forma de latencia de semillas.
Mamíferos
Existe una variedad de definiciones para los términos que describen la hibernación en los mamíferos, y los diferentes clados de mamíferos hibernan de manera diferente. Las siguientes subsecciones analizan los términos obligatorio e facultativo de hibernación. Las últimas dos secciones señalan en particular a los primates, ninguno de los cuales se pensaba que hibernaba hasta hace poco, y los osos, cuyo letargo invernal había sido cuestionado por no ser una "verdadera hibernación" durante finales del siglo XX, ya que es diferente de la hibernación que se observa en los roedores.
Obligar hibernación
Los hibernadores obligados son animales que, de forma espontánea y anual, entran en hibernación independientemente de la temperatura ambiente y el acceso a los alimentos. Los hibernadores obligados incluyen muchas especies de ardillas terrestres, otros roedores, lémures ratón, erizos europeos y otros insectívoros, monotremas y marsupiales. Estas especies se someten a lo que tradicionalmente se ha denominado "hibernación": un estado fisiológico en el que la temperatura corporal desciende casi a la temperatura ambiente y el ritmo cardíaco y respiratorio se ralentizan drásticamente.
La típica temporada de invierno para los hibernadores obligados se caracteriza por períodos de letargo interrumpidos por despertares periódicos y eutérmicos, durante los cuales la temperatura corporal y la frecuencia cardíaca se restauran a niveles más típicos. La causa y el propósito de estos despertares aún no están claros; La pregunta de por qué los hibernadores pueden volver periódicamente a la temperatura corporal normal ha atormentado a los investigadores durante décadas, y aunque todavía no hay una explicación clara, existen múltiples hipótesis sobre el tema. Una de las hipótesis favoritas es que los hibernadores generan una "deuda de sueño" durante la hibernación, por lo que ocasionalmente debe calentarse para dormir. Esto ha sido respaldado por evidencia en la ardilla terrestre del Ártico. Otras teorías postulan que breves períodos de alta temperatura corporal durante la hibernación permiten al animal restaurar sus fuentes de energía disponibles o iniciar una respuesta inmune.
Las ardillas terrestres del Ártico en hibernación pueden exhibir temperaturas abdominales tan bajas como -2,9 °C (26,8 °F), manteniendo temperaturas abdominales bajo cero durante más de tres semanas seguidas, aunque las temperaturas en la cabeza y el cuello permanecen en 0 °C (32 °F) o superior.
Hibernación facultativa
Los hibernadores facultativos entran en hibernación solo cuando están estresados por el frío, privados de alimentos o ambos, a diferencia de los hibernadores obligados, que entran en hibernación en función de las señales de tiempo estacionales y no como una respuesta a los factores estresantes del medio ambiente.
Un buen ejemplo de las diferencias entre estos dos tipos de hibernación se puede ver en los perros de las praderas. El perrito de las praderas de cola blanca es un hibernador obligatorio, mientras que el perrito de las praderas de cola negra, estrechamente relacionado, es un hibernador facultativo.
Primates
Si bien la hibernación se ha estudiado durante mucho tiempo en roedores (es decir, ardillas terrestres), no se sabía que ningún primate o mamífero tropical hibernara hasta el descubrimiento de la hibernación en el lémur enano de cola gorda de Madagascar, que hiberna en los huecos de los árboles durante siete meses del año. año. Las temperaturas invernales malgaches a veces superan los 30 °C (86 °F), por lo que la hibernación no es exclusivamente una adaptación a las bajas temperaturas ambientales.
La hibernación de este lémur depende en gran medida del comportamiento térmico del hueco de su árbol: si el hueco está mal aislado, la temperatura corporal del lémur fluctúa ampliamente, siguiendo pasivamente la temperatura ambiente; si está bien aislado, la temperatura corporal se mantiene bastante constante y el animal pasa por periodos regulares de excitación. Dausmann descubrió que el hipometabolismo en los animales que hibernan no está necesariamente asociado con una temperatura corporal baja.
Osos
Históricamente, no estaba claro si los osos realmente hibernan o no, ya que solo experimentan una leve disminución de la temperatura corporal (3 a 5 °C) en comparación con las disminuciones mucho mayores (a menudo 32 °C o más) observadas en otros animales que hibernan. Muchos investigadores pensaron que su sueño profundo no era comparable con la verdadera hibernación profunda, pero esta teoría fue refutada por una investigación en 2011 sobre osos negros cautivos y nuevamente en 2016 en un estudio sobre osos pardos.
Los osos que hibernan pueden reciclar sus proteínas y orina, lo que les permite dejar de orinar durante meses y evitar la atrofia muscular. Se mantienen hidratados con la grasa metabólica que se produce en cantidades suficientes para satisfacer las necesidades de agua del oso. Tampoco comen ni beben mientras hibernan, sino que viven de la grasa almacenada. A pesar de la inactividad a largo plazo y la falta de ingesta de alimentos, se cree que los osos que hibernan mantienen su masa ósea y no sufren osteoporosis. También aumentan la disponibilidad de ciertos aminoácidos esenciales en el músculo, así como también regulan la transcripción de un conjunto de genes que limitan el desgaste muscular. Un estudio realizado por G. Edgar Folk, Jill M. Hunt y Mary A. Folk comparó el ECG de hibernadores típicos con tres especies diferentes de osos con respecto a la estación, la actividad y la latencia, y descubrió que el intervalo de relajación reducido (QT) de los hibernadores pequeños era lo mismo para las tres especies de osos. También encontraron que el intervalo QT cambió tanto para los hibernadores típicos como para los osos de verano a invierno. Este estudio de 1977 fue una de las primeras evidencias utilizadas para demostrar que los osos hibernan.
En un estudio de 2016, la veterinaria de vida silvestre y profesora asociada de la Universidad de Ciencias Aplicadas del Interior de Noruega, Alina L. Evans, investigó 14 osos pardos durante tres inviernos. Se midieron su movimiento, frecuencia cardíaca, variabilidad de la frecuencia cardíaca, temperatura corporal, actividad física, temperatura ambiente y profundidad de la nieve para identificar los impulsores del inicio y el final de la hibernación de los osos. Este estudio construyó la primera cronología de eventos tanto ecológicos como fisiológicos desde antes del inicio hasta el final de la hibernación en el campo. Esta investigación descubrió que los osos entraban en su guarida cuando llegaba la nieve y la temperatura ambiente bajaba a 0 °C. Sin embargo, la actividad física, la frecuencia cardíaca y la temperatura corporal comenzaron a disminuir lentamente incluso varias semanas antes. Una vez en sus guaridas, los osos' la variabilidad de la frecuencia cardíaca se redujo drásticamente, lo que sugiere indirectamente que la supresión metabólica está relacionada con su hibernación. Dos meses antes del final de la hibernación, los osos' la temperatura corporal comienza a aumentar, sin relación con la variabilidad de la frecuencia cardíaca, sino más bien impulsada por la temperatura ambiente. La variabilidad de la frecuencia cardíaca solo aumenta alrededor de tres semanas antes de la excitación y los osos solo abandonan su guarida una vez que las temperaturas exteriores están en su temperatura crítica más baja. Estos hallazgos sugieren que los osos son termoconformes y que la hibernación de los osos es impulsada por señales ambientales, pero la excitación es impulsada por señales fisiológicas.
Pájaros
Los antiguos creían que las golondrinas hibernaban, y el ornitólogo Gilbert White documentó evidencia anecdótica en su libro de 1789 La historia natural de Selborne que indicaba que la creencia aún estaba vigente en su época. Ahora se sabe que la gran mayoría de las especies de aves normalmente no hibernan, sino que utilizan el letargo. Una excepción conocida es la mala voluntad común (Phalaenoptilus nuttallii), cuya hibernación fue documentada por primera vez por Edmund Jaeger.
Latencia y congelamiento en ectotermos
Debido a que no pueden regular a la baja su temperatura corporal o tasa metabólica, los animales ectotérmicos (incluidos los peces, los reptiles y los anfibios) no pueden hibernar. Pueden experimentar tasas metabólicas reducidas asociadas con ambientes más fríos o baja disponibilidad de oxígeno (hipoxia) y exhibir latencia (conocida como brumación). Alguna vez se pensó que los tiburones peregrinos se asentaban en el suelo del Mar del Norte y se volvían inactivos, pero la investigación de David Sims en 2003 desmintió esta hipótesis, mostrando que los tiburones viajaban largas distancias a lo largo de las estaciones, rastreando las áreas con la mayor cantidad de plancton.. Se ha documentado que los tiburones charretera pueden sobrevivir durante tres horas sin oxígeno y a temperaturas de hasta 26 °C (79 °F) como un medio para sobrevivir en su hábitat costero, donde los niveles de agua y oxígeno varían con la marea. Otros animales capaces de sobrevivir largos períodos con muy poco o nada de oxígeno son los peces dorados, las tortugas de orejas rojas, las ranas de bosque y los gansos de cabeza barrada. La capacidad de sobrevivir en condiciones hipóxicas o anóxicas no está estrechamente relacionada con la hibernación endotérmica.
Algunos animales literalmente pueden sobrevivir al invierno congelándose. Por ejemplo, algunos peces, anfibios y reptiles pueden congelarse naturalmente y luego "despertarse" arriba en la primavera. Estas especies han desarrollado un mecanismo de tolerancia a la congelación, como las proteínas anticongelantes.
Disparador de inducción de hibernación
El activador de inducción de hibernación (HIT) es algo inapropiado. Aunque la investigación en la década de 1990 insinuó la capacidad de inducir letargo en animales mediante la inyección de sangre extraída de un animal en hibernación, la investigación posterior no ha podido reproducir este fenómeno. A pesar de la incapacidad de inducir el letargo, existen sustancias en la sangre de los hibernadores que pueden brindar protección a los órganos para un posible trasplante. Los investigadores pudieron prolongar la vida del corazón de un cerdo aislado con un HIT. Esto puede tener implicaciones potencialmente importantes para el trasplante de órganos, ya que podría permitir que los órganos sobrevivan hasta 18 horas fuera del cuerpo humano. Esto sería una gran mejora con respecto a las 6 horas actuales.
El supuesto HIT es una mezcla derivada del suero sanguíneo, que incluye al menos una sustancia similar a los opioides. DADLE es un opioide que en algunos experimentos ha demostrado tener propiedades funcionales similares.
En humanos
Los investigadores han estudiado cómo inducir la hibernación en humanos. La capacidad de hibernar sería útil por varias razones, como salvar la vida de personas gravemente enfermas o lesionadas al ponerlas temporalmente en un estado de hibernación hasta que se pueda administrar tratamiento. Para los viajes espaciales, también se está considerando la hibernación humana, como para las misiones a Marte.
Los antropólogos también están estudiando si la hibernación era posible en las primeras especies de homínidos.
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