Diferencias entre Organismos Homeotermos y Poiquilotermos

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Organismos homeotermos y poiquilotermos

29 de noviembre de 2012 Publicado por Victoria González

Un organismo homeotermo, dentro del rango de temperatura que puede soportar, es capaz de mantener una temperatura constante e independiente a la del ambiente. En teoría, son capaces de mantener siempre el mismo ritmo de actividad. En los poiquilotermos, en cambio, la temperatura corporal varía con el ambiente y su actividad depende de él.

La diferenciación entre homeotermos y poiquilotermos no está claramente delimitada, hay un gradiente entre los poiquilotermos estrictos y los homeotermos perfectos. Aunque se suelen considerar como homeotermos los mamíferos y las aves, por ejemplo las especies del género de murciélagos Plecotus, a pesar de ser mamíferos, no tienen mucha capacidad de regulación. Y, por otro lado, hay especies de reptiles y de plantas que se comportan casi como homeotermos.

Los poiquilotermos pueden conseguir una cierta regulación de su temperatura a través del comportamiento, por ejemplo mediante la heliorregulación: se colocan al sol para almacenar calor. La homeotermia, por otro lado, tiene sus inconvenientes, ya que se consigue gracias a generar grandes cantidades de calor a través del metabolismo. Por ejemplo, las serpientes – poiquilotermos-, sobreviven mejor a bajas temperaturas que los ratones – homeotermos-, pues ellas inactivan su metabolismo y necesitan menos alimento, mientras que los roedores tienen que gastar más energía para mantener la temperatura corporal cuando la ambiental desciende.

Efectos de la variación de temperatura en poiquilotermos:
Los cambios de temperatura, como se ha comentado antes, afectan a la velocidad del metabolismo. La ley de Van`t Hoff indica que cuando la temperatura a la que se lleva a cabo una reacción química aumenta 10 grados, la velocidad de la reacción metabólica se multiplica por un factor o constante: Q10, que es característico de cada proceso metabólico.
En los poiquilotermos, además, el crecimiento juvenil debe ser rápido para completar cuanto antes el ciclo: a mayor velocidad de crecimiento la eficacia biológica será también más elevada. En estos organismos la velocidad depende de la temperatura, y por tanto la duración de su ciclo de vida también varía con la temperatura. En general, por debajo de los 12° C de temperatura corporal el crecimiento no es posible.

Mecanismos fisiológicos de los homeotermos:

Tienen un metabolismo acelerado, y pueden regular la velocidad del mismo en función de la temperatura. Si aumenta la temperatura ambiente, la velocidad metabólica disminuye, y viceversa. Por ello, suelen mantener una actividad metabólica superior a la necesaria, ya que este exceso se destina a la producción de calor. Cuando la temperatura ambiente sube excesivamente, sin embargo, ya no es posible esta regulación. Por otro lado, estos organismos también presentan mecanismos de aislamiento como capas de grasa, plumas y pelo.

A nivel de eficacia biológica, los poiquilotermos suelen ser más eficientes, ya que la homeotermia supone un coste energético muy elevado. Por ejemplo, los insectos son organismos con alta eficacia biológica. Los insectívoros, que suelen ser mamíferos de pequeño tamaño, son muy poco eficientes, ya que más del 99% de la energía que producen se pierde en el mantenimiento de la temperatura corporal. La homeotermia solo es ventajosa cuando, gracias a esa gran inversión en mantenimiento, el organismo consigue vivir más tiempo y se reproduce más veces


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Metabolismo y termorregulación

Endotermos y ectotermos

La diferencia entre los endotermos y ectotermos. Cómo leer gráficas relacionadas con los endotermos y ectotermos.

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Puntos más importantes

  • La mayoría de los animales necesita mantener su temperatura corporal dentro de un rango relativamente estrecho.
  • Los endotermos utilizan calor generado internamente para mantener su temperatura corporal, que tiende a permanecer constante independientemente del medio ambiente.
  • Los ectotermos dependen principalmente de fuentes de calor externas y su temperatura corporal cambia con la temperatura del medio ambiente.
  • Los animales intercambian calor con su entorno mediante radiación, conducción —a veces ayudada por convección— y evaporación.

Introducción

¿Cómo está el día hoy allá afuera? Si donde estás es invierno, tal vez haga bastante frío. Si es verano, tal vez haga mucho calor. De cualquier manera, lo más probable es que tu temperatura corporal esté cerca de los 98.6∘F98.6 ext F98.6∘F98, point, 6, space, degree, F/37∘C37 ext C37∘C37, space, degree, C. Como vimos en el artículo de homeostasis, mecanismos como los escalofríos y la sudoración se activan cuando tu cuerpo se pone demasiado frío o demasiado caliente para mantener su temperatura interna constante.
No todos los organismos mantienen la temperatura corporal dentro de un intervalo tan estrecho como nosotros los seres humanos, pero prácticamente todos los animales del planeta tienen que regular su temperatura corporal hasta cierto punto —al menos para evitar que el agua de sus células se convierta en hielo, o para evitar la desnaturalización de sus enzimas metabólicas por el calor.
En términos generales, los animales pueden dividirse en dos grupos según regulan la temperatura corporal: endotermos y ectotermos. Veamos la diferencia entre estos dos grupos.

Endotermos y ectotermos

Las personas, los osos polares, los pingüinos y los perritos de la pradera, como la mayoría de las otras aves y mamíferos, son endotermos. Las iguanas y las serpientes de cascabel, como la mayoría de los demás reptiles —junto con la mayoría de los peces, anfibios e invertebrados—, son ectotermos.
Los endotermos generan internamente la mayor parte del calor que necesitan. Cuando hace frío, aumentan la producción de calor metabólico para mantener su temperatura corporal constante. Debido a esto, la temperatura corporal interna de un endotermo es casi independiente de la temperatura del medio ambiente.
[¿Qué es el metabolismo?]
La suma total de las reacciones bioquímicas que ocurren en un organismo es llamada metabolismo. Las reacciones metabólicas incluyen la degradación de moléculas de combustible, como azúcares, y el uso de la energía almacenada en ellas para realizar trabajo. Los procesos que convierten la energía almacenada en las moléculas de los alimentos en trabajo biológico no son muy eficientes y se produce calor como subproducto.
Entre mayor sea la tasa metabólica de un organismo —la cantidad de combustible químico que utiliza en un período determinado de tiempo—, mayor será su producción de calor.
Por lo tanto, como un endotermo está expuesto a temperaturas exteriores más frías, aumentará su tasa metabólica, quemará más combustible y producirá calor extra para mantener su temperatura corporal constante.
En la siguiente gráfica se muestra este patrón: el ratón mantiene una temperatura corporal constante cercana a los 37∘C37 ext C37∘C37, space, degree, C a lo largo de una amplia gama de temperaturas externas.
Una gráfica de la temperatura interna de un ratón a diferentes temperaturas exteriores.
Eje X: temperatura exterior en grados Celsius, 0 a 40 grados
Eje Y: temperatura interna del animal en grados Celsius, 0 a 40 grados
La temperatura corporal del ratón permanece cercana a los 37 grados Celsius en un intervalo de temperaturas desde aproximadamente 5 grados hasta 42 grados Celsius, cae por debajo de 5 grados y sube por encima de 42 grados. Es decir, es una línea recta horizontal en 37 grados Celsius durante la mayor parte del intervalo de temperaturas externas.
Los ratones son endotermos: generan calor metabólico para mantener su temperatura corporal interna.
Crédito de la imagen: esquema basado en datos de Cannon y Nedergaard1^11start superscript, 1, end superscript, Figura 2, y en una figura similar en Purves et al.2^22start superscript, 2, end superscript
Por otra parte, en ectotermos, la temperatura corporal depende principalmente de fuentes de calor externas. Es decir, la temperatura corporal de los ectotermos aumenta y disminuye junto con la temperatura del entorno. Aunque los ectotermos generan algo de calor metabólico —como todos los seres vivos—, los ectotermos no pueden aumentar esta producción de calor para mantener una temperatura interna específica.
Una gráfica de la temperatura interna de una serpiente a diferentes temperaturas exteriores.
Eje X: temperatura exterior en grados Celsius, 0 a 40 grados
Eje Y: temperatura interna del animal en grados Celsius, 0 a 40 grados
La temperatura del cuerpo de la serpiente varía con la temperatura exterior, lo que produce una línea con una pendiente de entre cerca de 5 grados y 42 grados Celsius.
Las serpientes son ectotermas: su temperatura corporal cambia con la temperatura de su entorno.
Crédito de la imagen: diagrama basado en información de Cannon y Nedergaard1^11start superscript, 1, end superscript, Figura 2 y en una figura similar en Purves et al.2^22start superscript, 2, end superscript
Sin embargo, la mayoría de los ectotermos sí regulan su temperatura corporal. pero no lo hacen produciendo calor. En lugar de esto, usan otras estrategias como el comportamiento, es decir buscan el sol, la sombra, etc. para encontrar ambientes cuyas temperaturas satisfagan sus necesidades.
Algunas especies dificultan la división entre endotermos y ectotermos. Los animales que hibernan, por ejemplo, son endotermos cuando están activos, pero se asemejan a ectotermos cuando están hibernando. Peces grandes como el atún y los tiburones generaran y conservan suficiente calor como para elevar su temperatura corporal por arriba de la temperatura del agua circundante, pero a diferencia de un endotermo verdadero, no mantienen una temperatura corporal específica. ¡Incluso algunos insectos pueden usar calor metabólico para aumentar su temperatura corporal al contraer sus músculos de vuelo!5,6,7^{5,6,7}5,6,7start superscript, 5, comma, 6, comma, 7, end superscript
Otro punto importante: como regla general, los endotermos tienen

tasas metabólicas considerablemente más altas que los ectotermos. Eso es porque tienen que quemar grandes cantidades de combustible —alimento— para mantener su temperatura corporal interna.

¿Por qué regular la temperatura?

Hay algunos límites fundamentales sobre la temperatura corporal necesaria para sobrevivir en la mayoría de los animales. En un extremo del espectro, el agua se congela a 32∘F32\,^\circ \text F32∘F32, space, degree, F/ 0∘C0\,^\circ \text C0∘C0, space, degree, C y forma hielo. Si se forman cristales de hielo dentro de una célula, estos generalmente rompen sus membranas. En el otro extremo del espectro, las enzimas y otras proteínas celulares generalmente comienzan a perder su forma y función, se desnaturalizan, a temperaturas por encima de los 104∘F104\,^\circ \text F104∘F104, space, degree, F/ 40∘C40\,^\circ \text C40∘C40, space, degree, C.8^88start superscript, 8, end superscript
¿Por qué muchos organismos —incluidos tú y yo— mantienen su temperatura corporal en un intervalo aún más estrecho? La velocidad de las reacciones químicas cambia con la temperatura, porque la temperatura afecta la velocidad de las colisiones entre moléculas y porque las enzimas que controlan las reacciones pueden ser sensibles a la temperatura. Las reacciones suelen ser más rápidas a temperaturas más altas, hasta un punto máximo—más allá de este punto su velocidad cae notoriamente debido a la desnaturalización de las enzimas.
Cada especie tiene su propia red de reacciones metabólicas y un conjunto de enzimas enzimas que están optimizados para un intervalo de temperaturas determinado. Al mantener la temperatura corporal en ese intervalo blanco, los organismos aseguran que sus reacciones metabólicas funcione correctamente.

Equilibrio entre temperaturas

Tanto para endotermos como para ectotermos, la temperatura corporal depende del equilibrio entre el calor generado por el organismo y el calor intercambiado —perdido o ganado— con el medio ambiente.
El calor siempre se mueve de objetos más cálidos a objetos más fríos, como lo describe la segunda ley de la termodinámica.
Hay tres formas principales en las que un organismo puede intercambiar calor con el medio ambiente: radiación, conducción —junto con la convección— y evaporación.
El sol brilla sobre un perro sentado en el suelo. La radiación es absorbida y reflejada por el perro, la convección ocurre en el aire alrededor del perro, la evaporación en la superficie del perro y la conducción de calor se produce entre el perro y el suelo.
  • Radiación: la radiación es la transferencia de calor desde un objeto más caliente a uno frío por radiación infrarroja, es decir, sin contacto directo.
    [¿Puedo ver un ejemplo?]
    ¡Claro! Has experimentado radiación si te ha calentado el calor del sol, un incendio o el radiador de un edificio.
  • Conducción: el calor puede transferirse entre dos objetos en contacto directo por medio de conducción. La convección auxilia en la conducción del calor entre la piel y el aire o el agua cercana; en este fenómeno el calor se transfiere por el movimiento del aire o el líquido.
    [Un ejemplo me ayudaría a entender mejor.]
    Aquí hay un par de ejemplos:
    Conducción: si tomas un cubo de hielo, perderás calor hacia el hielo por conducción. Por otra parte, si caminas descalzo sobre piedras en un día soleado, absorberás calor de la piedra por conducción.
    Convección: El viento ayuda a alejar el aire de tu cuerpo por convección y trae aire nuevo más fresco, de esta forma aumenta la transferencia de calor de la piel hacia el aire. Esto nos hace sentir más frío cuando hay viento, algo que talvez has experimentado como temperatura de sensación.
  • Evaporación: la vaporización del agua de una superficie produce la pérdida de calor, por ejemplo, cuando el sudor se evapora de la piel. Para saber por qué ocurre esto revisa el video "¿Por qué sudar te refresca?".
¿Cómo los organismos controlan la producción e intercambio de calor para mantener una temperatura interna sana? Vamos a responder esta pregunta en el siguiente artículo sobre estrategias de regulación de temperatura.

Verifica tu comprensión: gráficas de tasa metabólica

La gráfica de abajo muestra la tasa metabólica en función de la temperatura exterior para dos animales: un endotermo y un ectotermo.
Eje Y: Velocidad de consumo de oxígeno
Eje X: la temperatura exterior está entre 0 y 40 grados Celsius.
Curva azul A: disminuye linealmente desde 5 grados Celsius hasta cerca de 28 grados, es plana de 28 grados hasta aproximadamente 37 grados y aumenta linealmente de 37 grados a 40 grados.
Curva roja B: aumenta lentamente de forma casi lineal desde 5 grados Celsius hasta 40 grados Celsius.
La curva roja permanece por debajo de la curva azul en todos los puntos de la gráfica.
Crédito de la imagen: figura basada en Hiebert y Noveral9^{9}9start superscript, 9, end superscript, Figura 1

¿Cuál curva representa el endotermo y cuál el ectotermo?

Escoge 1 respuesta:
Escoge 1 respuesta:
  • La curva A\text AAA representa al endotermo; la curva B\text BBB representa al ectotermo.
  • La curva A\text AAA representa al ectotermo; la curva B\text BBB representa al endotermo.
  • Ambas curvas representan a ectotermos.
  • No hay información suficiente
[Mostrar pista.]
Podemos utilizar lo que sabemos sobre cómo los endotermos y los ectotermos mantienen su temperatura corporal para dilucidar qué línea corresponde a qué animal.
Para comenzar, vamos a "traducir" el eje Y de la gráfica. El consumo de oxígeno es una medida común de la tasa metabólica, porque se consume O2\text O_2O2​O, start subscript, 2, end subscript gaseoso cuando se descomponen moléculas de combustible durante la respiración celular. Cuanto más rápido esté utilizando oxígeno un organismo, mayor será su tasa metabólica. De igual forma podríamos medir la producción de CO2\text {CO} _2CO2​C, O, start subscript, 2, end subscript o de calor para determinar la tasa metabólica.
Entonces, ¿qué curva representa al endotermo? Los endotermos aumentan su tasa metabólica cundo disminuye la temperatura para producir más calor y así mantener su temperatura interna. La única curva que sube conforme la temperatura desciende es la curva superior —la curva azul A\text{A}AA— que debe ser la del endotermo.
Y axis: oxygen consumption rate
X axis: external temperature ranging from 0 to 40 degrees Celsius.
Blue curve A: decreases linearly from 5 degrees Celsius to about 28 degrees Celsius, is flat from 28 degrees Celsius to about 37 degrees Celsius, and increases linearly from 37 degrees Celsius to 40 degrees Celsius. As temperature drops, oxygen consumption—indicating metabolic rate—rises, so we know that the organism represented by this curve must be an endotherm.
Red curve B: Increases slowly and more or less linearly from 5 degrees Celsius to 40 degrees Celsius.
The red curve remains below the blue curve at all points on graph.
Image credit: based on Hiebert and Noveral12^{12}12start superscript, 12, end superscript, Figure 1, and Purves et al.2^22start superscript, 2, end superscript
La parte plana de la curva corresponde a la zona termoneutral —el intervalo de temperaturas externas entre las que un endotermo no tiene que gastar energía adicional a su tasa metabólica basal, de reposo, para mantener su temperatura corporal. El aumento de la tasa metabólica a temperaturas más altas representa el gasto de energía usado para tratar de enfriar el cuerpo y/o el calentamiento del tejido cuando los sistemas de refrigeración fallan.9^{9}9start superscript, 9, end superscript
La curva restante —la curva roja B\text BBB— debe ser nuestro ectotermo. No solo la tasa metabólica del ectotermo es consistentemente más baja que la del endotermo, sino que también cae conforme disminuye la temperatura exterior —patrón opuesto al del endotermo. Eso es porque las reacciones bioquímicas tienden a disminuir a bajas temperaturas, como las que hay en el cuerpo de un ectotermo cuando disminuye la temperatura exterior.
Y axis: oxygen consumption rate
X axis: external temperature ranging from 0 to 40 degrees Celsius.
Blue curve A: decreases linearly from 5 degrees Celsius to about 28 degrees Celsius, is flat from 28 degrees Celsius to about 37 degrees Celsius, and increases linearly from 37 degrees Celsius to 40 degrees Celsius.
Red curve B: Increases slowly and more or less linearly from 5 degrees Celsius to 40 degrees Celsius. The red curve remains below the blue curve at all points on graph. As temperature drops, oxygen consumption—indicating metabolic rate—also drops, so this organism must be an ectotherm.
Image credit: figure based on Hiebert and Noveral12^{12}12start superscript, 12, end superscript, Figure 1, and Purves et al.2^22start superscript, 2, end superscript
[Referencias]
Este artículo está autorizado bajo una licencia CC BY-NC-SA 4.0.

Referencias citadas

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Referencias

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