Suscríbete al boletín semanal

Recibe cada semana los contenidos más relevantes de la actualidad científica.

Si estás registrado

No podrás conectarte si excedes diez intentos fallidos.

Si todavía no estás registrado

La Agencia SINC ofrece servicios diferentes dependiendo de tu perfil.

Selecciona el tuyo:

Periodistas Instituciones
Si estás registrado

No podrás conectarte si excedes diez intentos fallidos.

Si todavía no estás registrado

La Agencia SINC ofrece servicios diferentes dependiendo de tu perfil.

Selecciona el tuyo:

Periodistas Instituciones
Resuelto un antiguo enigma biológico

Aclarado por qué el metabolismo de los animales depende de su masa

Un humano adulto en reposo absoluto y a temperatura ambiente de 20º C consume aproximadamente una caloría por kilo y hora. Sin embargo, un elefante gasta en ese mismo tiempo media caloría por kilo de masa y un ratón 70 calorías por kilo. ¿Cuál es la causa? Un equipo pluridisciplinar con participación española ha conseguido resolver este enigma biológico. La clave está en que no toda la energía que consume un organismo se transforma en calor.

No toda la energía que consume un organismo se transforma en calor, parte es utilizada para la división celular o para sintetizar proteínas, es decir, para hacer funcionar y mantener al organismo / RayMorris1

El metabolismo basal, es decir, la energía mínima que consume un organismo para mantenerse vivo, varía con su masa. Uno de los primeros en darse cuenta de este fenómeno fue el fisiólogo alemán Max Rubner al estudiar en 1883 el metabolismo basal de perros con diferente tamaño. Rubner propuso que la causa del fenómeno era el calor que se perdía por la piel. La superficie de la piel varía con el cuadrado del tamaño del animal, mientras que su volumen varía con el cubo.

Sin embargo, en 1932, las medidas que su tocayo Max Kleiber, biólogo suizo, hizo un estudio en mamíferos sobre un rango de masas mayor, incluyendo bueyes y ratas, que parecían indicar que el metabolismo en realidad variaba con la potencia 3/4, relación que conocemos hoy día como la ley de Kleiber.

Medir la tasa basal en organismos es una tarea experimental delicada y trabajosa

La búsqueda de una explicación para este exponente abrió un intenso debate durante décadas, que pareció concluir en 1997 con el modelo fractal del físico Geoffrey West. Este modelo justificaba el exponente por la forma fractal de las redes de distribución de recursos en los organismos, como el sistema circulatorio o el respiratorio.

Medir la tasa basal en organismos es una tarea experimental delicada y trabajosa. Conforme se incrementaron las medidas metabólicas en más animales, el modelo fractal comenzó a mostrar más y más discrepancias. Así, en algunos grupos animales como pájaros pequeños o insectos, el exponente 3/4 no encaja. E incluso en mamíferos, para los cuales se concibió la ley de Kleiber, los datos muestran una divergencia notable respecto de la ley teórica.

La astrofísica al servicio del conocimiento biológico

Ahora, un grupo de científicos, entre los que se encuentran investigadores de las universidades de Valencia y Politécnica de Madrid, han encontrado la pieza que completa el puzle a partir de un modelo teórico de la astrofísica. Los resultados se publican en la revista Scientific Reports.

“Durante la escritura del libro Fractales y caos, en el que hablamos sobre la ley de Kleiber, caímos en la cuenta de que el modelo fractal de West y colaboradores no encajaba. La explicación térmica parecía más natural, pero había que tener en cuenta la parte energética que no se disipa como calor”, comenta Fernando Ballesteros, coautor del estudio e investigador de la Universidad de Valencia.

Relaciones empíricas entre el metabolismo basal y la masa corporal para diferentes animales / Fernando J. Ballesteros et al

Relaciones empíricas entre el metabolismo basal y la masa corporal para diferentes animales / Fernando J. Ballesteros et al

“Vicent J. Martínez y yo introdujimos esto en el modelo térmico y vimos que los datos encajaban perfectamente con nuestra teoría. Andrés Moya se dio cuenta en seguida de que nuestro modelo era un trade off, un intercambio evolutivo, y juntos lo perfeccionamos. Enric Valor dio solidez al modelo térmico tras el trade off, y Bartolo Luque y Lucas Lacasa extendieron el trabajo a otros seres vivos además de los mamíferos, confirmando su poder predictivo”, añade el científico.

Si toda la energía consumida se transformara en calor, respondería a un exponente 2/3, pero entonces no sería un organismo sino una estufa

Los expertos proponen como solución un compromiso entre la disipación calórica pasiva y el gasto energético mínimo de mantenimiento celular. No toda la energía que consume un organismo se transforma en calor, parte es utilizada para la división celular o para sintetizar proteínas, es decir, para hacer funcionar y mantener al organismo. Si toda la energía consumida se transformara en calor, en efecto el consumo respondería a un exponente 2/3, pero entonces no hablaríamos de un organismo sino de una estufa.

Por otro lado, si toda la energía se consumiera eficientemente, el consumo sería directamente proporcional al número de células, es decir a la masa M, pero parte se pierde inevitablemente como calor. Los organismos reales mantienen un compromiso entre estos dos extremos.

La suma ponderada de ambas componentes, una proporcional a la masa M y otra a M2/3; es decir, B = aM + bM2/3, explica la curvatura en el metabolismo basal de los datos de mamíferos y las diferentes relaciones encontradas en grupos animales distintos, pero también las diferencias metabólicas entre animales desérticos y polares, o incluso el metabolismo de las plantas.

Referencia bibliográfica:

On the thermodynamic origin of metabolic scaling. Fernando J. Ballesteros, Vicent J. Martínez, Bartolo Luque, Lucas Lacasa, Enric Valor y Andrés Moya Scientific Reports, 17-30960 (2018). https://www.nature.com/articles/s41598-018-19853-6

Fuente: Universidad de Valencia
Derechos: Creative Commons
Artículos relacionados
Crean los primeros robots vivos que se replican de manera espontánea

Después de ‘construir’ máquinas vivas a partir de células reutilizadas de embriones de rana, un grupo de científicos de EE UU ha creado los primeros biobots capaces de reproducirse de una manera jamás observada antes en el mundo animal o vegetal. Esta nueva forma de autorreplicación biológica podría suponer un prometedor avance para la medicina regenerativa.

Los ratopines rasurados esconden el secreto de la supervivencia sin oxígeno

Las habilidades de estos pequeños roedores, protagonistas del #Cienciaalobestia, abruman hasta a los científicos. Además de ser tolerantes al dolor, resistentes al cáncer y longevas, estas ratas topo desnudas son capaces de sobrevivir unos minutos sin oxígeno activando un novedoso mecanismo para termorregularse rápidamente en caso de hipoxia, según un nuevo estudio.