چرا سمورها در آب های سرد گرم می مانند؟ – میت

زندگی در سرما برای حیوانات دشوار است. وقتی بدن خنک می شود، اندام ها از جمله مغز و ماهیچه ها کند می شوند. دمای بدن حیواناتی مانند خزندگان و دوزیستان بیشتر به دمای محیط آنها بستگی دارد، اما پستانداران می توانند متابولیسم خود را افزایش دهند و انرژی بیشتری برای گرم کردن بدن خود مصرف کنند. این به آنها اجازه می دهد در مناطق خنک تر زندگی کنند و در شب یا در ماه های زمستان که دما کاهش می یابد فعال بمانند.

در حالی که دانشمندان می دانند که پستانداران می توانند متابولیسم خود را در هنگام سردی افزایش دهند، مشخص نیست که کدام اندام ها یا بافت ها از این انرژی اضافی برای تولید گرمای بیشتر استفاده می کنند. گرم نگه داشتن به خصوص برای پستانداران آبزی کوچک مانند سمورهای دریایی دشوار است. بنابراین، دانشمندان می خواستند بدانند که چگونه آنها را برای زنده ماندن در سرما سازگار کردند. چندین متخصص در زمینه متابولیسم انسان و پستانداران دریایی در این تحقیق جدید همکاری کردند. هایدی پیرسون از دانشگاه جنوب شرقی آلاسکا و مایک موری از آکواریوم خلیج مونتگومری در این گروه حضور داشتند.

درک مصرف انرژی حیواناتی که با شرایط سرد سازگار شده اند نیز می تواند سرنخ هایی برای دستکاری متابولیسم انسان ارائه دهد.

متابولیسم سمور

گرم نگه داشتن سخت است، به خصوص برای پستاندارانی که در آب زندگی می کنند، زیرا آب گرما را بسیار سریعتر از هوا از بدن دفع می کند. بیشتر پستانداران دریایی دارای جثه بزرگ و لایه ضخیم چربی هستند که به عنوان عایق عمل می کند.

سمورهای دریایی کوچکترین پستانداران دریایی هستند و چنین لایه چربی ضخیمی ندارند. در عوض، آنها با خز عایق بندی شده اند که بیشترین تراکم را در بین پستانداران دارد (یک میلیون مو در هر 5.6 سانتی متر مربع). با این حال، خز نیاز به نگهداری گسترده دارد و باید به طور منظم تمیز شود. حدود 10 درصد از فعالیت روزانه سمورها صرف محافظت از لایه عایق هوای محبوس شده در خز آنها می شود.

خز کلفت به تنهایی برای گرم نگه داشتن سمور کافی نیست. برای تولید گرمای کافی بدن، متابولیسم آنها در حال استراحت تقریباً سه برابر بیشتر از پستاندارانی با اندازه مشابه است. با این حال، این متابولیسم بالا پرهزینه است.

سمورهای دریایی باید روزانه بیش از 20 درصد وزن بدن خود را مصرف کنند تا انرژی کافی برای رفع نیازهای بالای خود داشته باشند. در مقابل، انسان ها حدود دو درصد از وزن بدن خود را می خورند. (حدود 1/3 کیلوگرم غذا در روز برای هر نفر حدود 70 کیلوگرم وزن دارد.)

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

گرما از کجا می آید؟

وقتی حیوانات غذا می‌خورند، سلول‌های بدن نمی‌توانند مستقیماً از انرژی موجود در غذا برای انجام وظایف خود استفاده کنند. در عوض، غذا به مواد مغذی ساده مانند چربی ها و قندها تجزیه می شود. سپس این مواد مغذی از طریق خون منتقل شده و توسط سلول های بدن جذب می شوند.

در داخل سلول ها جزئی به نام میتوکندری وجود دارد که در آن مواد مغذی به ATP، یک مولکول پر انرژی که به عنوان منبع انرژی استفاده می شود، تبدیل می شوند.

فرآیند تبدیل مواد مغذی به ATP شبیه فرآیند تبدیل سد آب ذخیره شده به برق است. هنگامی که آب از سد عبور می کند، با چرخاندن پره های متصل به ژنراتور، برق تولید می کند. اگر سد نشت کند، مقداری از آب (یا انرژی ذخیره شده) از بین می رود و نمی توان از آن برای تولید برق استفاده کرد. به همین ترتیب، میتوکندری های نشتی در ساخت ATP از مواد مغذی کارایی کمتری دارند. اگرچه انرژی وارد شده به میتوکندری نمی تواند برای انجام این کار استفاده شود، اما گرمایی تولید می کند که بدنه زیرپایی را گرم می کند.

تمام بافت‌های بدن انرژی مصرف می‌کنند و گرما تولید می‌کنند، اما برخی از بافت‌ها بزرگ‌تر و فعال‌تر از بقیه هستند. ماهیچه ها 30 درصد از وزن بدن اکثر پستانداران را تشکیل می دهند. عضلات در حین ورزش انرژی زیادی مصرف می کنند و گرمای زیادی تولید می کنند. شما بدون شک این حالت را هنگام گرم کردن بدن با ورزش و در هنگام سرماخوردگی تجربه کرده اید.

برای اینکه بفهمند آیا متابولیسم ماهیچه ها به گرم نگه داشتن سمورها کمک می کند، محققان نمونه های کوچکی از ماهیچه های سمور را در اندازه ها و سنین مختلف (از توله سگ های تازه متولد شده تا سمورهای بالغ) بررسی کردند. آنها نمونه های عضلانی را در اتاقک های کوچکی قرار دادند که برای نظارت بر مصرف اکسیژن طراحی شده بود، که معیاری برای اندازه گیری مصرف انرژی است.

با افزودن محلول‌های مختلف که فرآیندهای متابولیک مختلف را تحریک یا مهار می‌کنند، دانشمندان تعیین کردند که میتوکندری چقدر انرژی برای تولید ATP مصرف می‌کند و چه مقدار انرژی می‌تواند به گرما تبدیل شود. دانشمندان دریافته‌اند که میتوکندری در ماهیچه‌های سمور می‌تواند به میزان زیادی نشت کند و به سمورها اجازه دهد تا گرمای داخل ماهیچه‌های خود را بدون ورزش یا لرزش افزایش دهند. انرژی از دست رفته به عنوان گرما به آنها کمک می کند تا در سرما زنده بمانند. شایان ذکر است که توله سگ های تازه متولد شده دارای ظرفیت متابولیک مشابهی با بزرگسالان هستند. حتی اگر ماهیچه های آنها هنوز به اندازه کافی برای شنا و غواصی بالغ نشده باشد.

_{یک مادر عثمانی به صورت دستی به نوزادش غذا می دهد و تکه های خرچنگ را به او می دهد}

نتایج جامع تر

دانشمندان می گویند که مطالعه آنها به وضوح نشان می دهد که عضلات علاوه بر حرکت، برای انجام وظایف نیز مهم هستند. از آنجایی که ماهیچه ها بخش بزرگی از توده بدن را تشکیل می دهند، حتی افزایش جزئی در متابولیسم ماهیچه ها می تواند به شدت مصرف انرژی حیوان را افزایش دهد.

این کشف پیامدهای مهمی برای سلامت انسان دارد. اگر دانشمندان بتوانند راهی برای افزایش ایمن و برگشت‌پذیر متابولیسم ماهیچه‌های اسکلتی در حالت استراحت بیابند، پزشکان احتمالاً از آن به عنوان ابزاری برای کاهش نرخ فزاینده چاقی با افزایش میزان کالری‌هایی که بیمار می‌تواند بسوزاند، استفاده می‌کنند. برعکس، کاهش متابولیسم ماهیچه های اسکلتی می تواند در مصرف انرژی در بیماران مبتلا به سرطان یا سایر بیماری های ناتوان کننده صرفه جویی کند و همچنین می تواند میزان غذا و منابع مورد نیاز برای حمایت از فضانوردان در پروازهای فضایی طولانی مدت را کاهش دهد.