Hibernação - Hibernation

Morcego do norte hibernando na Noruega
Morcegos hibernando em uma mina de prata

A hibernação é um estado de atividade mínima e depressão metabólica . A hibernação é uma heterotermia sazonal caracterizada por baixa temperatura corporal, respiração e frequência cardíaca lentas e baixa taxa metabólica . Ocorre mais comumente durante os meses de inverno .

Embora tradicionalmente reservado para hibernadores "profundos", como roedores , o termo foi redefinido para incluir animais como ursos e agora é aplicado com base na supressão metabólica ativa, em vez de qualquer declínio absoluto na temperatura corporal. Muitos especialistas acreditam que os processos diários de torpor e hibernação formam um continuum e utilizam mecanismos semelhantes. O equivalente durante os meses de verão é a estivação .

A hibernação funciona para conservar energia quando não há comida suficiente disponível. Para conseguir essa economia de energia, um animal endotérmico diminui sua taxa metabólica e, portanto, sua temperatura corporal. A hibernação pode durar dias, semanas ou meses - dependendo da espécie, temperatura ambiente, época do ano e condição corporal do indivíduo. Antes de entrar em hibernação, os animais precisam armazenar energia suficiente para durar todo o período de dormência, possivelmente até um inverno inteiro. As espécies maiores tornam-se hiperfágicas , comendo uma grande quantidade de alimentos e armazenando a energia em depósitos de gordura. Em muitas espécies pequenas, o armazenamento em cache do alimento substitui comer e engordar.

Algumas espécies de mamíferos hibernam durante a gestação dos filhotes, que nascem enquanto a mãe hiberna ou logo depois. Por exemplo, ursos-pretos fêmeas hibernam durante os meses de inverno para dar à luz seus filhotes. As mães grávidas aumentam significativamente sua massa corporal antes da hibernação, e esse aumento se reflete ainda mais no peso da prole. O acúmulo de gordura permite que eles forneçam um ambiente suficientemente quente e nutritivo para seus recém-nascidos. Durante a hibernação, eles perdem subsequentemente de 15 a 27% de seu peso pré-hibernação usando suas gorduras armazenadas como energia.

Animais ectotérmicos também passam por períodos de supressão metabólica e dormência , que em muitos invertebrados é chamada de diapausa. Alguns pesquisadores e membros do público usam o termo brumate para descrever a dormência de inverno de répteis, mas o termo mais geral hibernação é considerado adequado para se referir a qualquer dormência de inverno. Muitos insetos, como a vespa Polistes exclamans , exibem períodos de dormência que costumam ser chamados de hibernação, apesar de sua ectotermia. Os botânicos podem usar o termo "hibernação da semente" para se referir a uma forma de dormência da semente .

Mamíferos

Há uma variedade de definições para termos que descrevem a hibernação em mamíferos, e diferentes clados de mamíferos hibernam de maneira diferente. As subseções a seguir discutem os termos obrigatoriedade e hibernação facultativa . As duas últimas seções apontam em particular os primatas, nenhum dos quais se pensava hibernar até recentemente, e os ursos, cujo torpor de inverno foi contestado como não sendo uma "verdadeira hibernação" durante o final do século 20, uma vez que é diferente da hibernação observada em roedores.

Obrigar a hibernação

Marmota recolhendo material de nidificação para sua toca quente em preparação para a hibernação

Os hibernadores obrigatórios são animais que espontaneamente e anualmente entram em hibernação, independentemente da temperatura ambiente e do acesso aos alimentos. Os hibernadores obrigatórios incluem muitas espécies de esquilos terrestres , outros roedores , lêmures ratos , ouriços europeus e outros insetívoros , monotremados e marsupiais . Essas espécies passam pelo que tem sido tradicionalmente chamado de "hibernação": um estado fisiológico em que a temperatura corporal cai para perto da temperatura ambiente e as taxas de coração e respiração diminuem drasticamente.

A temporada típica de inverno para hibernadores obrigatórios é caracterizada por períodos de torpor interrompidos por despertares eutérmicos periódicos, durante os quais a temperatura corporal e os batimentos cardíacos são restaurados a níveis mais típicos. A causa e o propósito desses despertares ainda não estão claros; a questão de por que os hibernadores podem retornar periodicamente à temperatura normal do corpo tem atormentado os pesquisadores por décadas e, embora ainda não haja uma explicação clara, existem várias hipóteses sobre o assunto. Uma hipótese favorável é que os hibernadores criam um " débito de sono " durante a hibernação e, portanto, ocasionalmente precisam se aquecer para dormir. Isso foi confirmado por evidências no esquilo terrestre do Ártico . Outras teorias postulam que breves períodos de alta temperatura corporal durante a hibernação permitem que o animal restaure suas fontes de energia disponíveis ou inicie uma resposta imunológica.

Os esquilos terrestres do Ártico em hibernação podem apresentar temperaturas abdominais tão baixas quanto -2,9 ° C (26,8 ° F), mantendo as temperaturas abdominais abaixo de zero por mais de três semanas de cada vez, embora as temperaturas na cabeça e pescoço permaneçam em 0 ° C ( 32 ° F) ou acima.

Hibernação facultativa

Os hibernadores facultativos entram em hibernação apenas quando estressados ​​pelo frio, privados de comida ou ambos, ao contrário dos hibernadores obrigatórios, que entram em hibernação com base nas dicas de temporização sazonal e não como uma resposta a estressores do ambiente.

Um bom exemplo das diferenças entre esses dois tipos de hibernação pode ser visto em cães da pradaria :

Primatas

Embora a hibernação tenha sido estudada há muito tempo em roedores (principalmente esquilos terrestres ), nenhum primata ou mamífero tropical hibernava até a descoberta da hibernação no lêmure anão de cauda gorda de Madagascar, que hiberna em buracos de árvores durante sete meses por ano. As temperaturas do inverno malgaxe às vezes sobem para mais de 30 ° C (86 ° F), então a hibernação não é exclusivamente uma adaptação às baixas temperaturas ambientes.

A hibernação desse lêmure depende fortemente do comportamento térmico de seu buraco na árvore: se o buraco for mal isolado, a temperatura do corpo do lêmure flutua amplamente, acompanhando passivamente a temperatura ambiente; se bem isolado, a temperatura corporal permanece razoavelmente constante e o animal passa por períodos regulares de excitação. Dausmann descobriu que o hipometabolismo em animais em hibernação não está necessariamente associado à baixa temperatura corporal.

Ursos

Mãe urso preto e filhotes "denning"

Historicamente, havia a questão de os ursos hibernarem ou não de verdade, uma vez que experimentam apenas um declínio modesto na temperatura corporal (3–5 ° C) em comparação com as diminuições muito maiores (frequentemente 32 ° C ou mais) observadas em outros hibernadores. Muitos pesquisadores pensaram que seu sono profundo não era comparável à verdadeira hibernação profunda, mas pesquisas em 2011 refutaram essa teoria em ursos negros em cativeiro e novamente em 2016 em um estudo sobre ursos pardos.

Os ursos em hibernação são capazes de reciclar suas proteínas e urina, permitindo que parem de urinar por meses e evitando a atrofia muscular . Eles ficam hidratados com a gordura metabólica produzida em quantidades suficientes para satisfazer as necessidades de água do urso. Eles também não comem ou bebem enquanto hibernam e vivem de seu armazenamento de gordura. Apesar da inatividade de longo prazo e da falta de ingestão de alimentos, acredita-se que os ursos em hibernação mantêm sua massa óssea e não sofrem de osteoporose. Eles também aumentam a disponibilidade de certos aminoácidos essenciais no músculo, bem como regulam a transcrição de um conjunto de genes que limitam a perda muscular. Em um estudo feito por G. Edgar Folk, Jill M. Hunt e Mary A. Folk, eles compararam o EKG de hibernadores típicos a três espécies diferentes de ursos com relação à estação, atividade e dormência, e descobriram que o intervalo de relaxamento reduzido (QT) de pequenos hibernadores foi o mesmo para as três espécies de ursos. Eles também descobriram que o intervalo QT mudou tanto para os hibernadores típicos quanto para os ursos do verão ao inverno. Este estudo de 1977 foi uma das primeiras evidências usadas para mostrar que os ursos hibernam.

Em um estudo de 2016 feito por um veterinário de vida selvagem e professor associado da Universidade de Ciências Aplicadas da Noruega , Alina L. Evans pesquisou 14 ursos pardos ao longo de três invernos. Seu movimento, frequência cardíaca (HR), variabilidade da frequência cardíaca (HRV), temperatura corporal (T b ), atividade física, temperatura ambiente (T A ) e profundidade da neve foram medidos para identificar os fatores de início e fim da hibernação para ursos. Este estudo construiu a primeira cronologia de eventos ecológicos e fisiológicos, desde o início até o fim da hibernação no campo. Esta pesquisa descobriu que os ursos entravam em sua toca quando chegava a neve, e a T A caiu para 0 ° C, mas mesmo várias semanas antes de entrarem na toca, Activity, HR e T b começaram a cair lentamente. Sua VFC caiu drasticamente uma vez em sua cova, o que sugere indiretamente que a supressão metabólica está relacionada à hibernação dos ursos. Perto do fim da hibernação e dois meses antes excitação, T dos ursos b ascensão, sem relação com HRV mas sim impulsionada pela T A . A VFC aumenta apenas cerca de três semanas antes da excitação e os ursos só deixam sua toca quando as temperaturas externas estão em sua temperatura crítica mais baixa. Essas descobertas sugerem que os ursos são termoconformados e sua hibernação é impulsionada por pistas ambientais, mas a excitação é impulsionada por pistas fisiológicas.

Pássaros

Os povos antigos acreditavam que as andorinhas hibernavam, e o ornitólogo Gilbert White documentou evidências anedóticas em seu livro de 1789, The Natural History of Selborne, que indicava que a crença ainda era corrente em seu tempo. Entende-se agora que a grande maioria das espécies de pássaros normalmente não hibernam, em vez disso, utilizam o torpor . Uma exceção conhecida é o pobre-comum ( Phalaenoptilus nuttallii ), para o qual a hibernação foi documentada pela primeira vez por Edmund Jaeger .

Dormência e congelamento em ectotérmicos

Como não podem diminuir ativamente a temperatura corporal ou a taxa metabólica, os animais ectotérmicos (incluindo peixes, répteis e anfíbios) não podem hibernar. Eles podem apresentar diminuição das taxas metabólicas associadas a ambientes mais frios ou baixa disponibilidade de oxigênio ( hipóxia ) e exibir dormência (conhecida como brumação). Antigamente, pensava-se que os tubarões-frade fixaram-se no fundo do Mar do Norte e tornaram-se dormentes, mas a pesquisa de David Sims em 2003 afastou essa hipótese, mostrando que os tubarões viajavam longas distâncias ao longo das estações, rastreando as áreas com maior quantidade de plâncton . Foi documentado que os tubarões-Epaulette são capazes de sobreviver por três horas sem oxigênio e em temperaturas de até 26 ° C (79 ° F) como um meio de sobreviver em seu habitat costeiro, onde os níveis de água e oxigênio variam com a maré. Outros animais capazes de sobreviver por longos períodos com muito pouco ou nenhum oxigênio incluem peixes dourados , rãs -de-orelhas-vermelhas , rãs-da-floresta e gansos com cabeça de barra . A capacidade de sobreviver a condições hipóxicas ou anóxicas não está intimamente relacionada à hibernação endotérmica.

Alguns animais podem sobreviver literalmente ao inverno congelando. Por exemplo, alguns peixes , anfíbios e répteis podem congelar naturalmente e "acordar" na primavera. Essas espécies desenvolveram mecanismos de tolerância ao congelamento, como proteínas anticongelantes .

Gatilho de indução de hibernação

O gatilho de indução de hibernação (HIT) é um nome impróprio. Embora pesquisas na década de 1990 tenham sugerido a capacidade de induzir o torpor em animais por injeção de sangue retirado de um animal em hibernação, pesquisas adicionais não foram capazes de reproduzir esse fenômeno. Apesar da incapacidade de induzir o torpor, existem substâncias no sangue dos hibernadores que podem dar proteção aos órgãos para possível transplante. Os pesquisadores conseguiram prolongar a vida do coração de um porco isolado com um HIT. Isso pode ter implicações potencialmente importantes para o transplante de órgãos , pois pode permitir que os órgãos sobrevivam por até 18 horas fora do corpo humano. Isso seria uma grande melhoria em relação às 6 horas atuais.

O suposto HIT é uma mistura derivada do soro sanguíneo, incluindo pelo menos uma substância semelhante a um opioide . DADLE é um opióide que, em alguns experimentos, demonstrou ter propriedades funcionais semelhantes.

Em humanos

Os pesquisadores estudaram como induzir a hibernação em humanos. A capacidade de hibernar seria útil por vários motivos, como salvar a vida de pessoas gravemente doentes ou feridas, colocando-as temporariamente em estado de hibernação até que o tratamento possa ser administrado. Para viagens espaciais, a hibernação humana também está sendo considerada, como para missões a Marte .

Os arqueólogos também estão estudando se a hibernação era possível nas primeiras espécies de hominídeos .

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Carey, HV; Andrews, MT; Martin, SL (2003). Hibernação de mamíferos: respostas celulares e moleculares ao metabolismo deprimido e baixa temperatura ". Revisões fisiológicas . 83 (4): 1153–1181. doi : 10.1152 / physrev.00008.2003 . PMID  14506303 .
  • "Hibernação". McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology . 1–20 (11ª ed.). McGraw-Hill. 2012

links externos