El bajo costo (energético) de ser primate

Muchos mamíferos llevan una vida muy acelerada. Los conejos son un ejemplo típico: maduran sexualmente en más o menos seis meses y se reproducen unas cuatro veces al año. Tras una gestación de un mes, cada camada produce entre cinco y ocho gazapos que pronto empiezan a corretear por todas partes, con una esperanza de vida de siete a ocho años, cuando mucho.

mandril

Mandril. Foto de Steve Wilson (Flickr Creative Commons).

En contraste, la generalidad de los primates llevamos una vida mucho más pausada. Tardamos años en madurar sexualmente, la gestación de nuestros críos dura varios meses y pocas veces producimos más de uno o dos por embarazo. Nuestra esperanza de vida se mide en decenios, y el envejecimiento, por lo común, llega poco a poco. Como dicen en Italia, piano piano va lontano.

Pero eso no es todo. Ahora resulta que, desde el punto de vista del consumo diario de energía, los primates salimos alrededor de 50 % más baratos que otros mamíferos placentados de tamaño equivalente, es decir, gastamos solamente la mitad de las calorías por día. Así lo indica un estudio dado a conocer el pasado 13 de enero en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. Los autores consideran que los resultados de su estudio dan sustento a la idea de que la longevidad de los humanos y otros primates, así como nuestro ritmo reproductivo más pausado y nuestro envejecimiento menos rápido, probablemente se expliquen por un metabolismo más lento.

A mitad de precio

El doctor Herman Pontzer, profesor de antropología del Hunters College de Nueva York, y un grupo de investigadores de varias universidades de los Estados Unidos y Europa examinaron 17 especies de primates en zoológicos, en santuarios y en condiciones naturales. Para nuestra especie incluyeron tanto a personas occidentales comunes y corrientes como a una comunidad de cazadores y recolectores, la comunidad africana Hadza. Por medio de una técnica que permite medir con gran precisión la producción diaria de dióxido de carbono, determinaron el número de kilocalorías quemadas por cada primate en un lapso de diez días.

“Los humanos, los chimpancés, los mandriles y otros primates gastamos solamente la mitad de las calorías que serían de esperarse para un mamífero de la misma talla”, explica Pontzer. “Para ponerlo en perspectiva: un ser humano, aun si lleva una vida físicamente muy activa, tendría que correr un maratón diario para acercarse al gasto promedio diario de energía de un mamífero de su tamaño”. Los chimpancés estudiados tendrían que añadir unos 48 kilómetros a sus recorridos diarios —más de diez veces lo que viaja en promedio un chimpancé silvestre por día— para gastar tantas calorías como otros mamíferos de talla equivalente.

Bleskina en Singapur

Sólo los atletas de alto rendimiento en períodos de entrenamiento o competición gastan tantas calorías por día como los mamíferos no primates de talla equivalente. En la foto, Ekaterina Bleskina, de Rusia, celebra su victoria en la carrera femenil de 100 metros con vallas en los Juegos Olímpicos Juveniles de 2010, celebrados en Singapur. Foto oficial obtenida vía Flickr Creative Commons.

¿Qué ocurre en el caso de los atletas de alto rendimiento? “En períodos de entrenamiento y competición intensos, el gasto diario de energía de un atleta es superior al de quien no lo es. Pero aun el extremo gasto energético diario de un atleta humano no es la gran cosa si lo comparamos con el de otros mamíferos”, me respondió Pontzer cuando se lo pregunté por correo electrónico. “Por ejemplo, los atletas de alto rendimiento en entrenamiento gastan entre 4,700 y 6,000 kilocalorías por día. Parece muchísimo, pero una gacela saltarina de 43 kg quema 5,800 kcal por día durante su vida cotidiana normal. Así que, aun en los casos más extremos, los humanos apenas nos acercamos a los niveles normales de gasto energético cotidiano de la generalidad de los mamíferos placentados”, subrayó.

Asimismo, la medición del gasto energético total diario entre poblaciones en cautiverio y las que viven en condiciones naturales no indica que las primeras gasten menos calorías, al menos en las muestras estudiadas. Esto sugiere que la actividad física tiene menos efecto en el consumo energético diario de lo que se creía antes. En vez de bajos niveles de actividad física, la magnitud de la diferencia entre el gasto energético diario de los primates y el de otros mamíferos placentados “sugiere una reducción sistémica en el metabolismo celular”, dice el estudio. La observación abarca a los dos grupos humanos que se estudiaron.

Tamaño económico

Por supuesto, aparte de los primates, hay otros mamíferos placentados de notable longevidad, como los elefantes. Le pregunté a Pontzer qué ocurre en ese caso. “Hay una relación bien conocida entre el gasto energético y el tamaño del cuerpo, la ley de Kleiber”, respondió el investigador. “El gasto energético diario aumenta con la masa 0.75. Dado que el exponente, 0.75, es menor que 1.0, esta relación nos dice que el gasto energético diario por gramo de tejido es menor en animales más grandes. Esta relación entre masa corporal y gasto de energía se ve tanto en primates como en mamíferos no primates, pero en el caso de los primates la relación se ha ido por debajo de la relación que se ve en la generalidad de los mamíferos”.

Elephant

Elefante africano. Foto de Valerie (ucumari) (Flickr Creative Commons).

“Un ritmo más lento de consumo de energía por gramo de masa corporal quiere decir también que cada célula del animal más grande quema menos energía que la célula del animal pequeño”, añadió Pontzer. “Esto es parte de las razones por las que los animales grandes viven más tiempo que los pequeños. De modo semejante, la extrema reducción del gasto energético que se observa entre los primates explica el drástico aumento de la duración de su vida”.

Tal indica el estudio que vengo comentando. “El ritmo al que los organismos crecen, se reproducen y envejecen debe reflejar a fin de cuentas su gasto energético fisiológico; el desarrollo de tejido nuevo (sea propio o de la progenie) y el mantenimiento y reparación del organismo, todo requiere de una inversión metabólica”, se lee en el artículo. “Los ritmos metabólicos marcadamente bajos de los primates explican sus ritmos característicamente lentos de crecimiento, reproducción y envejecimiento”.

Referencia:
Pontzer, H., et al. (2014). Primate energy expenditure and life history. Proceedings of the National Academy of Sciences. http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1316940111

Anuncios

Ande yo caliente y ríase la gente

La capacidad de generar una cantidad sustancial de calor como subproducto de la actividad celular, aun con el cuerpo en reposo, se conoce como endotermia. Además de esa capacidad, muchos mamíferos tenemos la de regular nuestra temperatura corporal para mantenerla dentro de márgenes bastante estrechos a pesar de los cambios en la temperatura ambiente; a esto se le llama homeotermia.

La mayoría de los mamíferos poseemos ambas capacidades y mantenemos una temperatura corporal constante de alrededor de 37 grados Celsius. No sale barato; para conseguirlo, nos vemos obligados a ingerir bastante más alimentos que, digamos, los reptiles o los anfibios. Pero tiene sus ventajas.

La endotermia, junto con el aislamiento que aportan la piel gruesa o el pelambre, permite a la generalidad de los mamíferos mantener homeóstasis térmica en una amplísima variedad de temperaturas ambiente. Como resultado, hemos podido prosperar en condiciones de frío extremo o de grandes variaciones de temperatura, así como en nichos nocturnos de los que otros grupos de vertebrados están por lo general excluidos.

Para mantenerse caliente hay que comer todo el día

Más todavía, a juzgar por varios estudios recientes, es probable que la endotermia y la homeotermia nos ayuden a protegernos de las micosis (los padecimientos provocados por hongos). En verdad, ésta pudiera ser la clave del origen evolutivo de dichas capacidades fisiológicas, el cual hasta ahora no se ha explicado de manera satisfactoria.

En 2009, los investigadores Arturo Casadevall y Vincent Robert dieron a conocer en el Journal of Infectious Diseases los resultados de un trabajo en el que midieron la tolerancia térmica de 4,802 cepas de hongos de 144 géneros y encontraron que la mayoría no pueden vivir a las temperaturas corporales de la gran mayoría de los mamíferos. Cada vez que los investigadores elevaron la temperatura un solo grado Celsius, a partir de 30° C y hasta 40° C, otro 6 por ciento de las especies de hongos sometidas al experimento ya no pudieron crecer.

Hay alrededor de millón y medio de especies en el reino fungi. De ellas, apenas unos cientos son capaces de provocar enfermedades en mamíferos. Las micosis en los seres humanos son a menudo el resultado de deficiencias inmunológicas. Las candidiasis eran raras hasta mediados del siglo XX, cuando la introducción de los antibióticos trajo consigo la alteración de la flora bacteriana. Otras micosis han proliferado recientemente asociadas al síndrome de la inmunodeficiencia humana. En contraste, se calcula que 270,000 especies de hongos son capaces de provocar enfermedades en plantas y unas 50,000 especies infectan a insectos.

“Dado que la mayoría de las especies de hongos crecen mejor a temperatura ambiente, la temperatura corporal elevada de los animales endotérmicos debe proveer una barrera térmica contra la infección de un gran número de hongos”, explica el doctor Casadevall. “Las micosis son relativamente comunes en aves, pero la mayoría son causadas por unas cuantas especies de hongos termotolerantes”.

La endotermia y la homeotermia de los mamíferos, al parecer, crean una zona de exclusión térmica. La fiebre —cuyo origen evolutivo es otro de los misterios de la biología— bien puede ser un mecanismo para ampliar la zona de exclusión térmica en momentos críticos.

Por el contrario, cuando la temperatura corporal de los mamíferos desciende, éstos se vuelven más susceptibles a las micosis. Así lo indicaría el hecho de que ciertos grupos de murciélagos se tornan susceptibles a la infección del hongo Geomyces destructans cuando hibernan y su temperatura baja de 40° C a alrededor de 7° C. El hongo no infecta a los murciélagos cuando éstos están activos, con su temperatura corporal normal. La infección con este hongo ha matado por lo menos a un millón de murciélagos en los Estados Unidos desde 2006. En su número de diciembre de 2010, National Geographic publica un artículo sobre esta mortandad inusual, el cual se puede leer en línea en este enlace.

Surge la pregunta: si tener una temperatura corporal relativamente elevada nos protege de las micosis, ¿por qué nuestros organismos no mantienen una temperatura todavía más alta? Casadevall y otro investigador, Aviv Bergman, intentaron responder a esta pregunta aplicando un modelo matemático. Los resultados se publicaron el 9 de noviembre de 2010 en la revista en línea mBio. Éste es el enlace.

La idea fue encontrar la temperatura ideal que equilibrara el beneficio de combatir a los hongos patógenos con el costo energético de mantener una temperatura corporal relativamente elevada. Su conclusión es que el punto óptimo es 36.7° C. “Si pasáramos de ahí, gozaríamos de mayor protección, pero tendríamos que comer muchísimo más”, explica Casadevall.

Estas investigaciones ofrecen otra faceta fascinante. Como lo mencioné antes, los orígenes evolutivos de la endotermia y la homeotermia no están claros. Según Bergman y Casadevall, los resultados de su estudio prestan apoyo a la idea de que vencer la susceptibilidad a las micosis fue un elemento clave para que los mamíferos se impusieran en el Terciario y reemplazaran a los reptiles como los vertebrados terrestres dominantes.

“La protección contra las micosis pudo haber sido un poderoso mecanismo de selección a favor de la endotermia en ciertos vertebrados. La deforestación y la proliferación de esporas de hongos en el límite entre el Cretácico y el Terciario sugieren que quizá las micosis hayan contribuido a la extinción de los dinosaurios y el florecimiento de las especies mamíferas”, dice Casadevall.

Arturo Casadevall es profesor del Colegio Albert Einstein de Medicina (Nueva York) y encabeza su Departamento de Microbiología e Inmunología. Vincent Robert encabeza el grupo de bioinformática del Centro de Biodiversidad Fungal (Utrecht, Países Bajos). Aviv Bergman es también profesor en el Colegio Albert Einstein de Medicina y encabeza su Departamento de Sistemas y Biología Computacional.

La fotografía que ilustra este artículo es obra de Gilles Gonthier, quien la publicó en Flickr bajo una licencia Atribución de Creative Commons.

Referencias:

Aviv Bergman y Arturo Casadevall, “Mammalian endothermy optimally restricts fungi and metabolic costs”, mBio 1(5):e00212-10. doi:10.1128/mBio.00212-10.

Vincent A. Robert y Arturo Casadevall, “Vertebrate endothermy restricts most fungi as potential pathogens”, The Journal of Infectious Diseases, 2009; 200:1623–6.

John A. Ruben, “Evolution of endothermy in mammals, birds and their ancestors”, en Animals and Temperature. Compilado por Ian A. Johnston y Albert F. Bennett. Society for Experimental Biology Seminar Series (No. 59). Cambridge University Press, 1996.