چرا سمورها در آب سرد گرم می مانند؟ – زومیت

زنده ماندن در سرما برای حیوانات دشوار است. با سرد شدن بدن، اندام ها از جمله مغز و ماهیچه ها نیز سرد می شوند. دمای بدن حیواناتی مانند خزندگان و دوزیستان بیشتر به دمای اطراف آنها بستگی دارد، اما پستانداران می توانند متابولیسم خود را افزایش دهند و انرژی بیشتری برای گرم نگه داشتن بدن خود مصرف کنند. این به آنها اجازه می دهد در مناطق خنک بمانند و در شب یا در ماه های زمستان که دما پایین است فعال بمانند.

اگرچه دانشمندان می دانند که پستانداران می توانند متابولیسم خود را در سرما افزایش دهند، اما مشخص نیست که کدام اندام ها یا بافت ها از این انرژی اضافی برای تولید گرمای بیشتر استفاده می کنند. گرم ماندن به ویژه برای پستانداران آبزی کوچک مانند سمورهای دریایی چالش برانگیز است. بنابراین، محققان می خواستند بدانند چگونه آنها برای زنده ماندن در سرما سازگار شدند. برای مطالعه جدید، چندین متخصص در زمینه متابولیسم انسان و پستانداران دریایی همکاری کردند. هایدی پیرسون از دانشگاه جنوب شرقی آلاسکا و مایک موری از آکواریوم خلیج مونتگومری در این گروه حضور داشتند.

درک استفاده از انرژی حیوانات سازگار با زندگی در آب و هوای سرد می تواند نشانه هایی از دستکاری متابولیک انسان ارائه دهد.

متابولیسم سمورها

گرم ماندن به خصوص برای پستانداران آبزی دشوار است، زیرا آب گرمای بدن را بسیار سریعتر از هوا از بین می برد. اکثر پستانداران دریایی دارای جثه بزرگ و لایه ضخیم چربی هستند که به عنوان عایق عمل می کند.

سمورهای دریایی کوچکترین پستانداران دریایی هستند و لایه ضخیمی از چربی ندارند. در عوض، آنها توسط خز از هم جدا می شوند که بیشترین تراکم را در پستانداران دارد (یک میلیون مو در هر 5.6 سانتی متر مربع). با این حال، خز نیاز به نگهداری بالایی دارد و باید مرتباً تمیز شود. حدود 10 درصد از فعالیت های روزانه سمورها صرف محافظت از لایه عایق هوای محبوس شده در خز آنها می شود.

فقط خز ضخیم برای گرم نگه داشتن سمورها کافی نیست. به منظور تولید گرمای کافی بدن، متابولیسم آنها در حال استراحت تقریباً سه برابر پستانداران هم اندازه است. با این حال، این نرخ متابولیک بالا گران است.

سمورهای دریایی باید هر روز بیش از 20 درصد از توده بدن خود را بخورند تا انرژی کافی برای رفع نیازهای بالای خود داشته باشند. از سوی دیگر، انسان حدود دو درصد از توده بدن خود را مصرف می کند. (برای یک فرد، حدود 1/3 کیلوگرم غذا در روز حدود 70 کیلوگرم وزن دارد.)

_{سمورهای دریایی در خلیج مونتری، کالیفرنیا، خرچنگ قاصدک می خورند}

گرما از کجا می آید؟

هنگامی که حیوانات غذا می خورند، سلول های بدن نمی توانند از انرژی موجود در غذا به طور مستقیم برای عملکرد خود استفاده کنند. در عوض، غذا به مواد مغذی ساده مانند چربی و شکر تجزیه می شود. سپس این مواد مغذی توسط خون حمل شده و توسط سلول های بدن جذب می شوند.

در داخل سلول ها، جزئی به نام میتوکندری وجود دارد که در آن مواد مغذی به ATP، یک مولکول پر انرژی که به عنوان منبع انرژی استفاده می شود، تبدیل می شوند.

فرآیند تبدیل مواد مغذی به ATP مشابه فرآیند تبدیل سد آب ذخیره شده به برق است. هنگامی که آب از سد عبور می کند، با چرخاندن پره های متصل به ژنراتور، برق تولید می کند. هنگام نشت از سد، مقداری آب (یا انرژی ذخیره شده) از بین می رود و نمی توان از آن برای تولید برق استفاده کرد. به طور مشابه، میتوکندری های نشتی کارایی کمتری در تولید ATP از مواد مغذی دارند. اگرچه انرژی نشت شده به میتوکندری را نمی توان برای انجام این کار استفاده کرد، اما همچنان گرمایی تولید می کند که بدن عثمانی را گرم می کند.

تمام بافت‌های بدن انرژی مصرف می‌کنند و گرما تولید می‌کنند، اما برخی از بافت‌ها بزرگ‌تر و فعال‌تر از بقیه هستند. ماهیچه ها حدود 30 درصد از توده بدن اکثر پستانداران را تشکیل می دهند. ماهیچه ها انرژی زیادی مصرف می کنند و گرمای زیادی در حین ورزش تولید می کنند. بدون شک این حالت را هنگام گرم کردن بدن و لرزیدن در سرما در حین ورزش تجربه کرده اید.

برای اینکه بفهمند آیا متابولیسم ماهیچه ها به گرم نگه داشتن سمورها کمک می کند یا خیر، محققان نمونه های کوچک ماهیچه ای سمورهای سمور را در اندازه ها و سنین مختلف (از نوزاد تازه متولد شده تا سمور بالغ) مطالعه کردند. آنها نمونه های عضلانی را در محفظه کوچکی قرار دادند که برای نظارت بر مصرف اکسیژن طراحی شده بود، که معیاری برای اندازه گیری مصرف انرژی است.

با ترکیب اقدامات مختلف که فرآیندهای متابولیک مختلف را تحریک یا مهار می‌کنند، محققان تعیین کردند که میتوکندری چقدر انرژی برای ساخت ATP مصرف می‌کند و چه مقدار انرژی می‌تواند به گرما تبدیل شود. محققان دریافتند که میتوکندری در ماهیچه های سمور می تواند باعث نشت زیاد و افزایش گرما در عضلات سمور بدون هیچ گونه حرکت فیزیکی یا لرزشی شود. انرژی از دست رفته به صورت گرما به آنها کمک می کند تا در سرما زنده بمانند. شایان ذکر است که نوزادان دارای ظرفیت متابولیک مشابه بزرگسالان هستند. حتی اگر ماهیچه های آنها هنوز به اندازه کافی برای شنا و غواصی بالغ نشده باشد.

_{یک مادر عثمانی با دست به نوزادش غذا می دهد و تکه های خرچنگ را به او می دهد}

نتایج جامع تر

محققان می گویند که مطالعه آنها به وضوح نشان می دهد که عضلات برای کار فراتر از حرکت مهم هستند. از آنجایی که ماهیچه ها بخش بزرگی از توده بدن را تشکیل می دهند، حتی افزایش جزئی در متابولیسم ماهیچه ها می تواند به طور قابل توجهی مصرف انرژی حیوان را افزایش دهد.

این یافته پیامدهای قابل توجهی برای سلامت انسان دارد. اگر دانشمندان بتوانند راه هایی را برای افزایش ایمن و ایمن متابولیسم ماهیچه های اسکلتی بیابند، پزشکان ممکن است از آن به عنوان ابزاری برای کاهش نرخ فزاینده چاقی با افزایش میزان کالری که بیمار می سوزاند استفاده کنند. در مقابل، کاهش متابولیسم ماهیچه های اسکلتی می تواند در مصرف انرژی در بیماران مبتلا به سرطان یا سایر بیماری های ناتوان کننده صرفه جویی کند و همچنین می تواند میزان غذا و منابع مورد نیاز برای حمایت از فضانوردان در پروازهای فضایی دوربرد را کاهش دهد.