GLI STRAORDINARI ADATTAMENTI AL FREDDO DEL REGNO ANIMALE

Per esigenze di semplicità e chiarezza, in questo post verrà trattata unicamente la termoregolazione negli omeotermi-endotermi classici, cioè mammiferi ed uccelli.

L’endotermia è la capacità di accumulare nel corpo parte del calore prodotto con il metabolismo. Quando la temperatura corporea di un animale resta costante, indipendentemente dalle variazioni di quella ambientale, si parla di omeotermia.

Proprio l’omeotermia endotermica di uccelli e mammiferi, ha permesso loro di adattarsi ad ambienti con condizioni climatiche proibitive per molti altri vertebrati. In che modo?

La sfida principale, per i rappresentanti di queste due classi che vivono nelle zone polari e subpolari oppure ad elevate altitudini, consiste nell’ampliare la zona di neutralità termica (ZNT), così da spendere meno energie per mantenere costante la temperatura corporea ed evitare l’ipotermia, potenzialmente letale.

La ZNT non è altro che l’intervallo di temperature ambientali entro cui il tasso metabolico di un animale resta minimo.

Tutto ciò è possibile grazie a due meccanismi, basati su risposte fisiologiche e comportamentali:

1) Diminuzione della conduttività termica.

La capacità di ridurre le perdite di calore dalla superficie corporea dipende da 3 fattori:

• Presenza di strutture anatomiche isolanti: piumaggio e pellicce (Foto 2 e 4)

I peli e le piume intrappolano l’aria, che avendo bassa conducibilità termica funziona da ottimo isolante. Lo spessore dello strato di aria, e di conseguenza l’efficienza dell’isolamento termico, dipende dal grado con il quale vengono sollevati i peli e le piume da parte di specifici fasci muscolari. Pensate che negli uccelli l’erezione delle piume aumenta la resistenza termica del 56%.

• Modifiche del rapporto Superficie/Volume (Foto 2): al freddo i mammiferi si rannicchiano e gli uccelli si accovacciano, assumendo una forma sferica che diminuisce la superficie disponibile per gli scambi termici.
• Peculiarità del sistema circolatorio: quando la temperatura si abbassa, i vasi arteriosi superficiali si restringono, deviando il sangue in profondità affinché non raggiunga la superficie corporea, dove cederebbe calore per convezione. Inoltre, lungo le estremità corporee di molti animali (es. mammiferi artici e pinguini) vi sono scambiatori vascolari in controcorrente (Foto 1). Si tratta di sistemi di vasi arteriosi e venosi anatomicamente vicini nei quali il sangue scorre in direzione opposta: il calore del sangue arterioso in uscita è trasferito al sangue venoso di ritorno, e così viene conservato all’interno del corpo.

Esistono però alcune eccezioni. In specie di piccola taglia come lemming e arvicole, l’ispessimento del pelo oltre un certo livello rischia di limitarne i movimenti. Perciò, in questi animali prevalgono risposte comportamentali, quali l’abitudine di rifugiarsi in tane, sfruttando il potere isolante della neve (foto 3), oppure di unirsi in gruppi. Un altro modo per resistere al freddo estremo viene realizzata entrando in una condizione di ipotermia controllata. Ad esempio, la cincia dal ciuffo nero (Poecile atricapillus) è un passeriforme del Nord America che normalmente ha una temperatura corporea di 42°C. Durante le gelide notti invernali può far scendere la propria temperatura di 10-12°C, risparmiando fino al 23% di energia senza sprecare inutilmente preziose riserve metaboliche.

2) Aumento della produzione di calore.

Se la temperatura esterna scende al di sotto di un valore critico rispetto alla zona di neutralità termica, le strategie di diminuzione della conduttività termica non sono più sufficienti per compensare le perdite di calore, e gli endotermi sono costretti ad aumentare il metabolismo per generare maggiore calore. Questo fenomeno è definito “termogenesi” (Ultima Slide) e può avvenire:

– con brivido: è una risposta rapida dovuta a contrazioni cicliche ad altissima frequenza del muscolo scheletrico, dalle quali si libera esclusivamente calore senza produzione di lavoro meccanico.

– senza brivido: si innesca quando l’esposizione al freddo è prolungata. In molti mammiferi il calore viene sprigionato in seguito all’ossidazione dei lipidi del tessuto adiposo bruno (BAT). Negli uccelli invece, le vie coinvolte in questo tipo di termogenesi risultano ancora poco conosciute; è probabile che si attivino proteine disaccoppianti mitocondriali, specializzate nella dissipazione del calore.

Beatrice Berardi

Immagine in evidenza: United States Air Force photo by Senior Airman Joshua Strang, Public domain, via Wikimedia Commons

Fonte: Poli A., Fabbri E., Agnisola C., Calamita G., Santovito G., Verri T. (2018). Fisiologia Animale. II Edizione. EdiSES s.r.l., Napoli.