چرا پرندگان در آب سرد زندگی می کنند؟ &

ماندن در سرما برای حیوانات دشوار است. با سرد شدن بدن، بدن همراه با مغز و ماهیچه ها کند می شود. دمای بدن حیواناتی مانند خزندگان و دوزیستان به دمای آنها بستگی دارد، اما حیوانات می توانند متابولیسم خود را افزایش دهند و انرژی بیشتری برای گرم کردن بدن خود مصرف کنند. این به آن‌ها اجازه می‌دهد در مناطق خنک‌تر بمانند و در شب یا در زمستان که دما کاهش می‌یابد بیدار بمانند.

اگرچه دانشمندان می‌دانند که حیوانات می‌توانند متابولیسم خود را در سرما کاهش دهند، اما مشخص نیست که بدن یا بافت‌ها از این انرژی اضافی برای تولید گرمای بیشتر استفاده کنند. گرم ماندن مخصوصاً برای آبزیان کوچک مانند سمورهای دریایی دشوار است. بنابراین، دانشمندان می خواهند بدانند که چگونه آنها را برای زنده ماندن در سرما سازگار می کنند. برای مطالعه جدید، چندین متخصص در زمینه متابولیسم انسان و حیوانات دریایی مشارکت داشتند. هایدی پیرسون از دانشگاه جنوب شرقی آلاسکا و مایک موری از آکواریوم خلیج مونتگومری در این گروه حضور دارند.

درک استفاده از انرژی حیواناتی که با سرماخوردگی سازگار شده اند نیز می تواند اطلاعاتی را برای تنظیم متابولیسم انسان ارائه دهد.

متابولیسم سمورها

گرم نگه داشتن سخت است، به خصوص برای حیواناتی که در آب زندگی می کنند، زیرا آب سریعتر از هوا گرمای بدن را از بین می برد. بیشتر جانوران دریایی جثه بزرگ و چربی ضخیم دارند که به عنوان ماده عایق عمل می کند.

سمورهای دریایی کوچکترین جانوران هستند و چربی غلیظی ندارند. در عوض، آنها از خز عایق بندی شده اند که سریع ترین تراکم دام را دارد (یک میلیون مو در هر 5.6 سانتی متر مربع). با این حال، خز نیاز به مراقبت بالایی دارد و باید مرتباً تمیز شود. تقریباً 10٪ از کارهای مدرن سمورها برای جلوگیری از گیرکردن لایه عایق ضد آب و هوا در خز آنها استفاده می شود.

مو به تنهایی برای گرم نگه داشتن سمور کافی نیست. برای حفظ دمای بدن کافی، متابولیسم آنها در حالت استراحت تقریباً سه برابر بیشتر از متابولیسم پستانداران مشابه است. با این حال، این نرخ متابولیک بسیار گران است.

سمورهای دریایی باید روزانه بیش از 20 درصد وزن بدن خود را بخورند تا انرژی کافی برای تامین نیازهای بالای خود داشته باشند. در مقایسه، مردم حدود دو درصد از وزن بدن خود را می خورند. (حدود 1/3 کیلوگرم غذا در روز برای هر نفر 70 کیلوگرم وزن دارد.)

_{سمورهای دریایی در خلیج مونتری، کالیفرنیا، خرچنگ قاصدک می خورند}

گرما از کجا می آید؟

هنگامی که حیوانات غذا می خورند، سلول های بدن نمی توانند از انرژی موجود در غذا به طور مستقیم برای انجام کار خود استفاده کنند. در عوض، غذا به غذاهای ساده مانند چربی ها و قندها تقسیم می شود. سپس این مواد مغذی از طریق جریان خون منتقل شده و توسط سلول های بدن جذب می شوند.

در سلول ها، بخشی به نام میتوکندری وجود دارد که در آن مواد مغذی به ATP، یک مولکول پر انرژی که برای تولید انرژی استفاده می شود، تبدیل می شود.

فرآیند تبدیل مواد مغذی به ATP مشابه فرآیند تبدیل سد آبی به برق است. هنگامی که آب در حوضچه جریان می یابد، با چرخاندن دندانه های متصل به ژنراتور برق تولید می کند. اگر حوض نشت کند، مقداری از آب (یا انرژی ذخیره شده) از بین می رود و نمی توان از آن برای تولید برق استفاده کرد. به طور مشابه، میتوکندری های نشتی در تولید ATP از این مواد مغذی کمتر موثر هستند. اگرچه انرژی جذب شده به میتوکندری نمی تواند برای عملکرد استفاده شود، اما گرمایی تولید می کند که بدن عثمانی را گرم می کند.

هر بافتی در بدن انرژی مصرف می کند و گرما تولید می کند، اما برخی از بافت ها بزرگتر و قوی تر از بقیه هستند. ماهیچه ها حدود 30 درصد از بدن اکثر حیوانات را تشکیل می دهند. عضلات در حین ورزش انرژی زیادی مصرف می کنند و گرمای زیادی تولید می کنند. بدون شک این حالت را هنگام گرم کردن بدن در حین ورزش و هنگام تکان دادن در سرما تجربه می کنید.

برای اینکه بفهمند آیا ماهیچه ها به گرم نگه داشتن کمک می کنند، دانشمندان مدل های کوچکی از عضلات با اندازه های مختلف (از نوزادان تا سمورهای مسن تر) را مطالعه کرده اند. آنها ماهیچه ها را در اتاقک های کوچکی قرار می دهند که برای نظارت بر اکسیژن، که معیاری برای سنجش مصرف انرژی است، طراحی شده اند.

با افزودن محلول‌های مختلف که فرآیندهای متابولیک مختلف را پشتیبانی یا مختل می‌کنند، دانشمندان توانسته‌اند تعیین کنند که میتوکندری چقدر انرژی برای تولید ATP مصرف می‌کند و چه مقدار انرژی تولید می‌شود را می‌توان به دمای بالا تغییر داد. دانشمندان دریافته‌اند که میتوکندری‌های موجود در توده عضلانی می‌توانند توده عضلانی را افزایش دهند و به سمورها اجازه دهند تا بدون هیچ گونه اعمال فیزیکی یا لرزشی در ماهیچه‌های خود گرم شوند. انرژی از دست رفته به شکل گرما به آنها کمک می کند در سرما زنده بمانند. مهم است که نوزادان دارای ظرفیت متابولیکی یکسانی با بزرگسالان باشند. حتی ماهیچه های آنها هنوز به اندازه کافی برای شنا و شیرجه بالغ نشده اند.

_{مادر عثمانی با دست به نوزادش غذا می دهد و سبد را به او می دهد}

مزایای بیشتر

دانشمندان می گویند که مطالعات آنها به وضوح نشان می دهد که عضلات برای عملکرد فراتر از حرکت مهم هستند. از آنجایی که ماهیچه بخش بزرگی از بدن را تشکیل می دهد، حتی مقدار کمی از متابولیسم عضلانی می تواند انرژی حیوانی زیادی را مصرف کند.

این یافته پیامدهای قابل توجهی برای سلامت انسان دارد. اگر دانشمندان بتوانند راهی برای بازیابی ایمن و مؤثر توده عضلانی متابولیک در حالت استراحت پیدا کنند، پزشکان می توانند از آن به عنوان ابزاری برای کاهش سایز استفاده کنند. با افزایش کالری هایی که بیمار می تواند بسوزاند، باعث رشد چربی می شود. به نوبه خود، کاهش متابولیسم عضلانی می تواند در مصرف انرژی در بیماران مبتلا به سرطان یا سایر بیماری های مرتبط صرفه جویی کند و همچنین می تواند رژیم غذایی و مواد مغذی مورد نیاز برای حمایت از سواران را کاهش دهد.