Pelosità, grasso... ibernazione? Tutte le tecniche del nostro corpo per resistere al freddo
L'inverno finisce sempre per arrivare... E quest'anno, a causa della crisi energetica, i nostri interni saranno limitati a una ragionevole temperatura di 19 gradi Celsius. È quindi iniziato il disimballaggio di maglioni pesanti, calze morbide e altri guanti... Perché avere freddo è spiacevole, ma questo è l'ultimo dei suoi difetti.
Soprattutto il freddo è una vera minaccia per il nostro organismo. I nostri organi vitali hanno bisogno di una temperatura di 36,8°C (precisi) per funzionare in modo ottimale. Un'atmosfera troppo fredda e potrebbero semplicemente fermarsi. Uno studio condotto in 18 città francesi tra il 2000 e il 2010 ha dimostrato che il numero di decessi dovuti al freddo è stato tre volte superiore a quello dovuto al caldo.
La nostra specie, tuttavia, non è del tutto impotente contro il gelo. Quali sono le sue strategie di fronte alle temperature gelide? E perché non andiamo in letargo per superare l'inverno come fanno gli altri mammiferi?
La tecnica della caldaia interna
Mammiferi e uccelli sono endotermi, cioè creature "a sangue caldo".. La temperatura corporea media del primo è compresa tra 36 e 39,5°C, mentre nel secondo può raggiungere i 42 gradi. Caratteristiche che sono il risultato di una lunga evoluzione.
Circa 200 milioni di anni fa, gli animali sopravvissuti alla devastante cosiddetta estinzione di massa del Permiano-Triassico dovettero riadattarsi a un nuovo ambiente competitivo. Allora, i potenti dinosauri governavano ancora il pianeta Terra. Per essere attivi dipendevano principalmente dall'energia termica del sole. Ma gradualmente apparvero specie che adottarono nuove strategie di sopravvivenza.
Brasiltherium riograndensis, uno dei primi animali vissuti alla fine del Triassico e che esibiva caratteristiche di mammifero.
Smokeybjb, da Wikimedia
I primi mammiferi non erano altro che piccoli quadrupedi pelosi (tetrapodi) che vivevano all'ombra di rettili giganti. Letteralmente. Le loro possibilità di sopravvivenza erano molto migliori se avessero optato per la caccia notturna. In assenza di una fonte di calore esterna, sono stati selezionati e sviluppati meccanismi per generare calore corporeo pulito in grado di alimentare continuamente il loro metabolismo. Una strategia che è anche redditizia nel clima instabile dell'epoca.
Ma l'endotermia ha un rovescio della medaglia: per alimentare la caldaia serve il combustibile e, come ci stiamo ora rendendo conto, questo ha un costo. Per soddisfare questa domanda, come risultato della selezione naturale, è emersa un'ampia gamma di adattamenti efficienti ed efficienti dal punto di vista energetico. Possono rientrare in due categorie principali: conservare e utilizzare meglio l'energia e isolare meglio per prevenire la perdita di calore indesiderata.
Il grasso (e i capelli) è vita
Abbiamo già un'arma sempre a portata di mano: il grasso! Serve sia come isolante (grazie alla sua bassa conduttività termica) sia come risorsa energetica. I mammiferi che sopravvivono nelle regioni fredde o vicino ai mari artici possiedono uno speciale tessuto simile al grasso chiamato grasso o pannicolo. Misura 10 cm sotto la pelle dell'orso polare e può raggiungere i 50 cm nella balena della Groenlandia!
balene della prua (Balaena misticeto) presentano, sotto la pelle, un tessuto simile ad un grasso detto lardo, il cui spessore può raggiungere il mezzo metro. È essenziale ridurre la perdita di calore nelle gelide acque dell'Artico.
Riserva nazionale di Bering Land Bridge/Flickr
Molti piccoli mammiferi, compresi gli esseri umani appena nati, hanno un altro tipo di grasso, chiamato "grasso bruno". La sua particolarità è che è in grado di bruciare i lipidi per generare calore (grazie ai mitocondri che contiene) al fine di mantenere la temperatura corporea. Questo è particolarmente importante nei bambini, a causa delle loro piccole dimensioni e della mancanza di forza muscolare per convertire il movimento in energia.
Ma siamo anche dotati, in qualche modo inconsapevolmente, di milioni di sensori ultrasensibili alla temperatura ambiente e integrati nella nostra pelle. Il minimo rischio rilevato che la temperatura corporea si discosti dal suo valore ottimale fa scattare immediatamente un allarme nell'ipotalamo, la regione del cervello dove risiede il controllo della temperatura. I riflessi che generano più calore e riducono la perdita di calore vengono attivati, spesso involontariamente. Fondamentalmente, il nostro corpo prende il controllo per salvarci la vita!
L'anatomia di un capello. Attaccato alla radice, c'è un piccolo muscolo che può raddrizzarlo quando fa freddo.
OpenStax College, da Wikimedia
I mammiferi hanno una struttura unica in tutto il regno animale e infinitamente preziosa: il…pelo! Quando fa freddo, un piccolo muscolo attaccato alla sua radice lo tira su (la “piloerezione”). Come un esercito, migliaia di peli si alzano e bloccano insieme il flusso d'aria per creare uno strato isolante. Un fenomeno chiamato banalmente “pelle d'oca”. Il che difficilmente rende omaggio a questo riflesso ancestrale, anch'esso controllato da regioni primitive del nostro cervello che si occupano di emozioni e pericolo. Il che spiega perché si attiva anche quando veniamo presi da una scena di un film particolarmente forte... o quando i gatti intendono dimostrare di essere pronti a combattere.
In questo giochino non tutti gli animali sono uguali. Più piccolo è il corpo, maggiore è il rapporto tra superficie e volume e più rapida è la perdita di calore. Ecco il motivo di questo adorabile piumino che ricopre tanti piccoli mammiferi appena nati: è necessario, a tutti i costi, limitare la perdita di energia.
Un'altra tecnica: brividi, la contrazione involontaria dei muscoli per generare calore attraverso il movimento. Il brivido aumenta il tasso metabolico di circa cinque volte. Per questo i muscoli bruciano i grassi, le proteine e gli zuccheri disponibili, il "carbone" delle fabbriche energetiche delle nostre cellule (i mitocondri).
L'obiettivo è, a qualunque costo, proteggere gli organi vitali – cuore, cervello… In caso di freddo estremo, il flusso di sangue caldo alle mani e ai piedi può essere interrotto e reindirizzato verso di essi. Da qui dita e labbra bluastre, intorpidimento e minacciosa pelle bianca.
Perdita di calore corporeo in climi freddi visualizzata da una termocamera.
E il letargo?
Per evitare questi rischi e inconvenienti, alcuni optano per il volo. Uccelli migratori, mammiferi come renne e alci abbandonano temporaneamente le zone diventate troppo fredde e inospitali. Ma non tutti possono coprire tali distanze, a volte sulla scala di interi continenti. In condizioni invernali rigide e in caso di mancanza di risorse, altri scelgono quindi di ridurre temporaneamente il proprio metabolismo.
Questa capacità è diffusa e riscontrabile in molti ordini di mammiferi, prova che si tratta di un'efficace strategia di sopravvivenza. Ma a seconda delle dimensioni dell'animale, il il cursore è più o meno spinto.
La marmotta comune (Monaco di marmotta) è un mammifero capace di ibernazione.
flickr.com/photos/pavdw
Marmotte, ricci... non prendete mezze misure e andate in letargo. Il fenomeno è eclatante ed è caratterizzato da una quasi totale cessazione delle funzioni vitali dell'organismo e da un vero e proprio letargo (il loro metabolismo può calare di quasi il 98%). Nella marmotta, ad esempio, il cuore batte poi solo cinque volte al minuto – contro le 80 in condizioni normali – e la temperatura può scendere fino a 5°C… Abbastanza da far venire i brividi! La tecnica non è priva di rischi, poiché alcuni animali non hanno più abbastanza energia quando si svegliano per rianimare il loro organismo.
Dopo 7 mesi di ibernazione, le marmotte dell'isola di Vancouver (Marmota vancouverensis) hanno perso un terzo del loro peso corporeo.
Nell'orso, invece, se c'è davvero un torpore che si instaura, è meno profondo (il suo metabolismo è ridotto fino al 75%) ed è discontinuo – si parla allora piuttosto di letargo. . L'animale si rifugia, ma la sua temperatura non scende tanto ed è ancora in grado di svegliarsi.
E la nostra specie? Sebbene i geni che stanno alla base di questa capacità siano probabilmente ancora presenti in noi, non ne siamo più realmente capaci e il motivo di ciò non è molto chiaro… è stata sollevata una domanda per il nostro estinto cugino di Neanderthal. Nel 2020, uno studio ha suggerito che, per superare i lunghi mesi freddi in un ambiente affamato di calorie, le ossa di una popolazione nel sud della Spagna avrebbero mostrato segni di rallentamento del proprio metabolismo.
Bisogna riconoscere che, in generale, la fisiologia dell'ibernazione è ancora poco conosciuta. Sembra che i mammiferi debbano svegliarsi di tanto in tanto, ma non sappiamo perché. Des Études ha mostrato che l'ibernazione è diversa dal coma, dall'anestesia e dal sonno normale: il cervello è in una sorta di sonno profondo mal definito. Anche se il cervello sembra essere dormiente, alcune popolazioni di cellule nervose sono ancora attive e possono rispondere a determinati stimoli.
Quanto ai meccanismi che permettono all'animale di entrare e uscire da questa fase, anch'essi sono sconosciuti. In modo che anche se un giorno riuscissimo a mettere gli esseri umani in letargo (detto artificiale o sintetico), quanto ci vorrà prima di svegliarli? E come ?
Le applicazioni potrebbero tuttavia essere numerose volte. Alcuni pensano ai viaggi nello spazio. Se mai dovessimo andare su Marte, uno stato di ibernazione potrebbe ridurre drasticamente il fabbisogno energetico e quindi alimentare durante il viaggio – e il tempo di attesa… Più inaspettatamente, i test sugli animali hanno dimostrato che può proteggere parzialmente il corpo dagli effetti dannosi delle radiazioni spaziali.
Anche la medicina sarebbe interessata. Riuscire a ridurre il metabolismo dei pazienti in pericolo di vita (tumore avanzato, ecc.) potrebbe prolungare il periodo durante il quale è possibile combattere la malattia.
Un adattamento nel corso delle generazioni...
Oggi abbiamo imparato ad affrontare il freddo in un altro modo: indossiamo vestiti, costruiamo case che riscaldiamo, ecc. Nel corso dei millenni, abbiamo persino perso la maggior parte dei nostri preziosi peli corporei, guadagnandoci il soprannome di "scimmia nuda".
A parte gli indumenti protettivi, gli Inuit che vivono nelle regioni fredde hanno una bassa statura, mani piccole e una faccia piuttosto piatta con i tipici cuscinetti adiposi ai seni.
Ansgar Walk, Wikimedia
E alle latitudini meno clementi, la nostra specie ha visto selezionati, per un lungo periodo di tempo, tratti che garantissero una migliore resistenza al freddo. È il caso delle popolazioni che vivono in climi freddi, come la Siberia o l'Himalaya. Spesso hanno braccia e gambe corte, un fisico più tozzo e più grasso corporeo (per trattenere meglio il loro calore interno), facce piatte con cuscinetti adiposi protettivi ai seni nasali e nasi piatti (più rilevanti in un'aria gelida). Inoltre, versioni specifiche di determinati geni, legati a un metabolismo più veloce oa un aumento della pressione sanguigna, si trovano più frequentemente tra queste popolazioni dell'estremo nord.
O lo stesso tipo di adattamento mostrato dai potenti Neanderthal per resistere ai climi freddi dell'Europa nel Paleolitico.
Tuttavia, non neghiamolo: per proteggersi dal freddo e dai suoi pericoli, avere la possibilità di avvolgersi in abiti caldi sorseggiando una cioccolata calda attorno a un buon fuoco è un'ottima opzione. Meglio ancora, come persone migratrici di un nuovo tipo, ora abbiamo il lusso di volare verso luoghi più caldi ogni volta che vogliamo.
Ma non tutti hanno queste possibilità... Quindi non dimenticare mai di prestare particolare attenzione a chi è più vulnerabile al freddo, ai senzatetto, agli anziani o ai bambini piccoli... potresti salvare delle vite.
Pieter Vancamp, Post dottorato, Museo Nazionale di Storia Naturale (MNHN)
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto licenza Creative Commons. Leggi ilarticolo originale.
