(Gerald Corsi/E+/Getty Images) Das Leben in der Kälte kann für Tiere schwierig sein. Wenn der Körper abkühlt, werden Organe, einschließlich Gehirn und Muskeln, langsamer.
Die Körpertemperatur von Tieren wie Reptilien und Amphibien hängt größtenteils von der Temperatur ihrer Umgebung ab – Säugetiere können jedoch ihren Stoffwechsel steigern und mehr Energie zur Erwärmung ihres Körpers verbrauchen. Dies ermöglicht es ihnen leben in kälteren Gegenden und bleiben aktiv, wenn die Temperaturen sinken nachts oder in den Wintermonaten.
Obwohl Wissenschaftler wissen, dass Säugetiere ihren Stoffwechsel in der Kälte steigern können, ist nicht klar, welche Organe oder Gewebe diese zusätzliche Energie nutzen, um mehr Wärme zu erzeugen.
Für kleine Wassersäugetiere wie Seeotter ist es besonders schwierig, warm zu bleiben. Deshalb wollten wir wissen, wie sie sich an das Überleben in der Kälte angepasst haben.
Wir haben uns versammelt A Forschung Team mit Fachkenntnissen im Stoffwechsel von Menschen und Meeressäugern, einschließlich Heidi Pearson der University of Alaska Southeast und Mike Murray des Monterey Bay Aquariums. Das Verständnis des Energieverbrauchs von Tieren, die an das Leben in der Kälte angepasst sind, könnte auch Hinweise auf die Manipulation des menschlichen Stoffwechsels liefern.
Stoffwechsel von Seeottern
Für im Wasser lebende Säugetiere ist es besonders schwierig, warm zu bleiben, weil Wasser leitet Wärme viel schneller vom Körper weg als Luft . Die meisten Meeressäugetiere haben große Körper und eine dicke Fettschicht bzw Speck zur Isolierung .
Seeotter sind die kleinsten Meeressäugetiere und verfügen nicht über diese dicke Speckschicht. Stattdessen sind sie durch das dichteste Fell aller Säugetiere isoliert eine Million Haare pro Quadratzoll .
Dieses Fell ist jedoch pflegeintensiv und anspruchsvoll regelmäßige Pflege . Ungefähr 10 Prozent eines Seeotters tägliche Aktivitäten Dabei geht es darum, die isolierende Luftschicht im Fell aufrechtzuerhalten.
Dichtes Fell allein reicht nicht aus, um Seeotter warm zu halten. Um genügend Körperwärme zu erzeugen, ist ihr Stoffwechsel im Ruhezustand etwa dreimal höher als die der meisten Säugetiere ähnlicher Größe. Diese hohe Stoffwechselrate hat jedoch ihren Preis.
Um genügend Energie zu gewinnen, um den hohen Bedarf zu decken, müssen Seeotter fressen mehr als 20 Prozent ihrer Körpermasse in Essen jeden Tag. Im Vergleich dazu isst der Mensch etwa 2 Prozent seiner Körpermasse 3 Pfund (1,3 Kilogramm) Nahrung pro Tag für eine 70 kg schwere Person.
Woher kommt die Hitze?
Wenn Tiere fressen, kann die Energie in ihrer Nahrung von den Zellen nicht direkt für die Arbeit genutzt werden. Stattdessen wird die Nahrung in einfache Nährstoffe wie Fette und Zucker zerlegt. Diese Nährstoffe werden dann im Blut transportiert und von den Zellen aufgenommen.
Innerhalb der Zelle gibt es Kompartimente, sogenannte Mitochondrien, in denen Nährstoffe umgewandelt werden ATP – ein hochenergetisches Molekül, das als Energiewährung der Zelle fungiert.
Der Prozess der Umwandlung von Nährstoffen in ATP ist ähnlich wie ein Damm gespeichertes Wasser in Strom umwandelt . Wenn Wasser aus dem Damm fließt, erzeugt es Strom, indem es Rotorblätter dreht, die an einen Generator angeschlossen sind – ähnlich wie der Wind die Rotorblätter einer Windmühle antreibt. Wenn der Damm undicht ist, geht ein Teil des Wassers – oder der gespeicherten Energie – verloren und kann nicht zur Stromerzeugung genutzt werden.
Ebenso sind undichte Mitochondrien weniger effizient bei der Herstellung von ATP aus Nährstoffen. Obwohl die in den Mitochondrien entweichende Energie nicht für die Arbeit genutzt werden kann, erzeugt sie Wärme, um den Körper des Seeotters zu erwärmen.
Alle Gewebe im Körper verbrauchen Energie und erzeugen Wärme , aber einige Gewebe sind größer und aktiver als andere. Muskeln machen bei den meisten Säugetieren 30 Prozent der Körpermasse aus. Bei Aktivität verbrauchen Muskeln viel Energie und produzieren viel Wärme. Sie haben dies zweifellos schon einmal erlebt, sei es, dass Ihnen beim Training heiß wird oder nicht zittern, wenn es kalt ist .
Um herauszufinden, ob der Muskelstoffwechsel dazu beiträgt, Seeotter warm zu halten, untersuchten wir kleine Muskelproben von Seeottern unterschiedlicher Größe und Alter, vom neugeborenen Welpen bis zum erwachsenen Tier. Wir haben die Muskelproben in kleine Kammern gelegt, um den Sauerstoffverbrauch zu überwachen – ein Maß dafür, wie viel Energie verbraucht wird.
Durch die Zugabe verschiedener Lösungen, die verschiedene Stoffwechselprozesse stimulierten oder hemmten, ermittelten wir, wie viel Energie die Mitochondrien zur Herstellung von ATP nutzen könnten – und wie viel Energie in das wärmeerzeugende Leck fließen könnte.
Wir haben die Mitochondrien entdeckt Die Muskeln von Seeottern könnten sehr undicht sein Dadurch können Otter die Hitze in ihren Muskeln steigern, ohne sich körperlich zu betätigen oder zu zittern.
Es stellt sich heraus, dass die Muskulatur von Seeottern gut darin ist, ineffizient zu sein. Die Energie, die bei der Umwandlung von Nährstoffen in Bewegung als Wärme „verloren“ geht, ermöglicht es ihnen, die Kälte zu überleben.
Bemerkenswerterweise haben wir herausgefunden, dass neugeborene Welpen die gleichen Stoffwechselfähigkeiten haben wie Erwachsene, auch wenn ihre Muskeln noch nicht zum Schwimmen und Tauchen ausgereift sind.
Umfassendere Implikationen
Unsere Forschung zeigt deutlich, dass Muskeln nicht nur für die Bewegung wichtig sind. Da Muskeln einen so großen Teil der Körpermasse ausmachen, kann bereits eine kleine Steigerung des Muskelstoffwechsels den Energieverbrauch eines Tieres dramatisch steigern.
Dies hat wichtige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Wenn Wissenschaftler Wege finden, den Stoffwechsel der Skelettmuskulatur im Ruhezustand sicher und reversibel zu steigern, könnten Ärzte dies möglicherweise als Instrument nutzen, um die steigende Rate an Fettleibigkeit zu reduzieren, indem sie die Menge an Kalorien erhöhen, die ein Patient verbrennen kann.
Umgekehrt könnte die Reduzierung des Stoffwechsels der Skelettmuskulatur bei Patienten, die unter Muskelerkrankungen leiden, Energie sparen Krebs oder andere verschwenderische Krankheiten und könnte den Nahrungsmittel- und Ressourcenbedarf reduzieren, der zur Unterstützung von Astronauten auf Langzeitflügen im Raum benötigt wird. 
Traver Wright , Wissenschaftlicher Assistenzprofessor für Gesundheit und Kinesiologie, Texas A&M University ; Melinda Sheffield-Moore , Professor für Gesundheit und Kinesiologie, Texas A&M University , Und Randall Davis , Regents Professor, Abteilung für Meeresbiologie, Texas A&M University .
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