Información

Cómo medir la pérdida de calor en los tardígrados

Cómo medir la pérdida de calor en los tardígrados


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Quiero medir el metabolismo en tardígrados (un frasco de 30 tardígrados). Sé que una forma fácil de medir el metabolismo es la pérdida de calor; Puedo medir la temperatura del agua antes y después de un cierto período de tiempo y tomar la diferencia. Tengo algunas preguntas:

1) ¿Es esta una forma viable?

2) ¿Necesito poner a los tardígrados en un sistema controlado (o el ambiente exterior es una constante)?

3) ¿Las medidas serán realmente muy pequeñas (por lo que necesitaría un termómetro muy preciso?)

4) ¿Cuánto tiempo debo esperar entre las dos mediciones?


1 y 2) Necesita construir / usar un calorímetro: http://en.wikipedia.org/wiki/Calorímetro Existen diferentes tipos, dependiendo de sus limitaciones.

3 y 4) Dependerá del tamaño de su sistema.

Si decide utilizar un calorímetro adiabático: primero tenga una estimación de su metabolismo (consulte, por ejemplo, [1]), luego divida la energía gastada durante la duración que cree que utilizará por la capacidad calorífica del volumen de agua que tiene, obtener la elevación de la temperatura.

Si usa un calorímetro de flujo, entonces no multiplica por la duración, pero verifique que el calorímetro sea lo suficientemente sensible.


6.2C: La segunda ley de la termodinámica

  • Contribuido por Boundless
  • Microbiología general en Boundless

La segunda ley de la termodinámica establece que cada transferencia de energía aumenta la entropía del universo debido a la pérdida de energía utilizable.

  • Explica cómo los organismos vivos pueden aumentar su orden a pesar de la segunda ley de la termodinámica.

1. Son microscópicos, pero apenas

Los tardígrados están cerca del límite de visibilidad para la mayoría de los ojos humanos. Un tardígrado típico mide aproximadamente 0,5 mm (0,02 pulgadas) de largo, e incluso los más grandes tienen menos de 2 mm (0,07 pulgadas) de largo. Algunos tardígrados más grandes pueden ser visibles a simple vista, pero dado que también son transparentes, es poco probable que obtengamos una buena vista sin al menos un microscopio de baja potencia.


¿La IA reemplazará a los matemáticos?

Si las computadoras pueden vencernos en el ajedrez, tal vez también puedan vencernos en matemáticas.

  • Casi todo el mundo teme que algún día sean reemplazados por robots o IA.
  • Un campo como las matemáticas, que se rige únicamente por reglas en las que prosperan las computadoras, parece estar maduro para una revolución robótica.
  • Es posible que la IA no reemplace a los matemáticos, sino que nos ayudará a hacer mejores preguntas.

El siguiente es un extracto adaptado del libro Shape. Se reimprime con permiso del autor.

¿Nos reemplazarán las máquinas? Desde el origen de la inteligencia artificial (IA), a la gente le ha preocupado que las computadoras eventualmente (¡o incluso inminentemente!) Superen la capacidad cognitiva humana en todos los aspectos.

El pionero de la inteligencia artificial Oliver Selfridge, en una entrevista televisiva de principios de la década de 1960, dijo: "Estoy convencido de que las máquinas pueden pensar y lo harán durante nuestra vida", aunque con la condición de que "no creo que mi hija se case nunca con una computadora". . " (Aparentemente, no hay ningún avance técnico tan abstracto que las personas no puedan sentir ansiedad sexual por ello).


Introducción

El superfilo Ecdysozoa surgió en el Precámbrico, y los ecdysozoans no solo dominaron la explosión del Cámbrico temprano, sino que también son dominantes (en términos de especies, individuos y biomasa) en la actualidad. Las relaciones de los 8 filos dentro de Ecdysozoa siguen siendo controvertidas, con evaluaciones morfológicas, análisis de desarrollo y filogenia molecular que producen señales contradictorias [1-3]. En general, se ha aceptado que Arthropoda, Onychophora (gusanos de terciopelo) y Tardigrada (osos de agua o lechones de musgo) forman un monofilo, Panarthropoda [2], y que los Nematoda (gusanos redondos) están estrechamente relacionados con Nematomorpha (gusanos de crin) y son distintos de Panarthropoda. Sin embargo, las filogenias moleculares han colocado con frecuencia a representantes de Tardigrada como hermanas de Nematoda [1,3], invalidando Panarthropoda y desafiando modelos de la evolución de rasgos morfológicos complejos como la segmentación, los apéndices laterales repetidos en serie, la faringe trirradiada y un sistema nervioso central tripartito. sistema [4,5].

El taxón clave en estos desacuerdos es el filo Tardigrada. Se han descrito cerca de 1.200 especies de tardígrados [6]. Todos son miembros de la meiofauna: pequeños animales que viven en la película de agua y en los intersticios entre los granos de sedimento [6]. Hay especies marinas, de agua dulce y terrestres. Muchas especies de tardígrados terrestres son criptobióticas: tienen la capacidad de sobrevivir a desafíos ambientales extremos al entrar en un estado latente [7]. Común a estas resistencias es la capacidad de perder o excluir la mayor parte del agua corporal, y se ha demostrado que los tardígrados anhidrobióticos tienen tolerancia a altas y bajas temperaturas (incluida la congelación), disolventes orgánicos, rayos X y gamma, alta presión y el vacío del espacio [8-15]. La fisiología de la anhidrobiosis en los tardígrados se ha explorado ampliamente, pero actualmente se sabe poco sobre sus bases moleculares [16,17]. Muchos otros animales tienen capacidades criptobióticas, incluidos algunos nematodos y artrópodos [18], y la comparación de los mecanismos en diferentes adquisiciones independientes de este rasgo revelará mecanismos comunes subyacentes.

Para el desarrollo de modelos experimentales manejables para la criptobiosis es fundamental la generación de recursos genómicos de alta calidad. Conjuntos de genomas de 2 tardígrados, H. dujardini [19-21] y R. varieornatus [22], ambos de la familia Hypsibiidae. H. dujardini es un tardígrado limnoterrestre que es fácil de cultivar [23], mientras que R. varieornatus es un tardígrado terrestre y muy tolerante a los extremos ambientales [24]. Un juego de herramientas experimental para H. dujardini, incluida la interferencia de ARN (ARNi) y la hibridación in situ, se está desarrollando [25]. H. dujardini es pobremente criptobiótico en comparación con R. varieornatus. H. dujardini requiere 48 h de preacondicionamiento al 85% de humedad relativa (HR) y otras 24 h al 30% de HR [23] para entrar en criptobiosis con alta supervivencia, mientras que R. varieornatus puede formar un tun (la forma criptobiótica) en 30 min a 30% de HR [26].

En Tardigrada se han identificado varios genes relacionados con la anhidrobiosis. Las catalasas, superóxido dismutasas (SOD) y glutatión reductasas pueden proteger contra el estrés oxidativo [27], y las chaperonas, como la proteína de choque térmico 70 (HSP70) [28-30], pueden actuar para proteger a las proteínas de los efectos desnaturalizantes de la pérdida de agua [16,31,32]. Además, varias familias de genes específicos de los tardígrados se han visto implicadas en la anhidrobiosis, según sus patrones de expresión. Las familias de genes citosólica abundante soluble en calor (CAHS), secretora abundante soluble en calor (SAHS), embriogénesis tardía abundante proteína mitocondrial (RvLEAM), proteína mitocondrial abundante soluble en calor (MAHS) y supresor de daño (Dsup) han sido implicadas en R. varieornatus extremotolerancia [22,33,34]. Estas familias de genes se nombraron por su ubicación o función subcelular, y la expresión de MAHS y Dsup en líneas celulares de cultivo de tejidos humanos dio como resultado niveles elevados de tolerancia contra el estrés osmótico y la irradiación de rayos X (aproximadamente 4 Gy). Sorprendentemente, los análisis de la R. varieornatus El genoma mostró una gran pérdida de genes en la vía del peroxisoma y en las vías de señalización del estrés, lo que sugiere que esta especie está comprometida en términos de resistencia al oxígeno reactivo y reparación del daño celular [22]. Si bien la pérdida de estas vías sería letal para un organismo normal, la pérdida de estas vías de resistencia puede estar asociada con la anhidrobiosis.

La desecación en algunos taxones induce la producción de anhidroprotectores, pequeñas moléculas que probablemente reemplazan al agua celular para estabilizar la maquinaria celular. La trehalosa, un disacárido que ha demostrado contribuir a la anhidrobiosis en los mosquitos [35,36], nematodos [37] y artemia [38], no está presente en el tardígrado. Tardigradum de milnesio [31]. Junto con la capacidad de R. varieornatus para entrar en anhidrobiosis rápidamente (es decir, sin la necesidad de una biosíntesis preparatoria extensa), esto sugiere que la anhidrobiosis tardígrada no depende de la síntesis inducida de protectores. Entrada en anhidrobiosis en H. dujardini requiere transcripción activa durante el preacondicionamiento, lo que sugiere la activación de un programa genético para regular la fisiología. La inhibición de PP1 / 2A, un regulador positivo del factor de transcripción FOXO que induce vías de estrés antioxidante, condujo a una alta letalidad en H. dujardini durante la inducción de la anhidrobiosis [23]. Como R. varieornatus no requiere preacondicionamiento, sistemas críticos para la anhidrobiosis en R. varieornatus es probable que se expresen constitutivamente.

H. dujardini y R. varieornatus están relativamente estrechamente relacionados (ambos son miembros de Hypsibiidae) y ambos tienen secuencias genómicas disponibles. los R. varieornatus el genoma tiene alta contigüidad y puntuaciones altas en todas las métricas de completitud genética [22]. Para H. dujardini, Se han publicado 3 ensamblajes. Uno tiene una contigüidad baja (longitud N50 de 17 kb) y contiene una alta proporción de secuencia no retardada contaminante, que incluye aproximadamente 40 Mb de secuencia bacteriana, y abarca 212 Mb [19]. Los otros 2 ensamblajes, ambos a aproximadamente 130 Mb [20, 21], eliminaron la mayor parte de la contaminación, pero contenían segmentos haploides no colapsados ​​debido a la heterocigosidad no reconocida. La baja calidad inicial H. dujardini El genoma se publicó junto con una afirmación de una extensa transferencia horizontal de genes (HGT) de bacterias y otros taxones al genoma tardígrado y una sugerencia de que HGT podría haber contribuido a la evolución de la criptobiosis [19]. La extensa afirmación de la HGT ha sido cuestionada enérgicamente [20,21,39-41], pero el debate sobre la contribución de la HGT a la criptobiosis permanece abierto. Los genomas de estas especies podrían explotarse para comprender los mecanismos de las estrategias de desecación rápida frente a las de desecación lenta en tardígrados, la importancia de la HGT y la resolución de la estructura profunda de los Ecdysozoa. Sin embargo, los genomas disponibles no son de calidad equivalente.

Hemos generado un ensamblaje genómico de alta calidad para H. dujardini, a partir de una serie de datos que incluyen la secuenciación de un solo tardígrado [42] y lecturas largas de una sola molécula, y el uso de un método de ensamblaje consciente de la heterocigosidad [43, 44]. La búsqueda de genes y la anotación con datos extensos de secuenciación de ARN (RNA-Seq) nos permitieron predecir un conjunto de genes robusto. Si bien la mayoría (60%) de los genes de H. dujardini tenía ortólogos directos en una predicción genética mejorada para R. varieornatus, los niveles de synteny eran muy bajos. Identificamos una proporción insignificante de HGT potenciales. H. dujardini mostró pérdidas de peroxisoma y vías de señalización de estrés, como se describe en R. varieornatus, así como pérdidas únicas adicionales. El análisis transcriptómico de la entrada de anhidrobiosis detectó niveles más altos de regulación en H. dujardini en comparación con R. varieornatus, como se predijo, incluida la regulación de genes con funciones antiestrés y apoptosis. Utilizando ortólogos de copia única, volvimos a analizar la posición de Tardigrada dentro de Ecdysozoa y encontramos un fuerte apoyo para un clado Tardigrado + Nematodo, incluso cuando se incluyeron datos de transcriptomas de un nematomorfo, onicóforos y otros filos de ecdisozoos. Sin embargo, los cambios genómicos raros tendieron a apoyar el Panarthropoda tradicional. Discutimos nuestros hallazgos en el contexto de la mejor manera de mejorar la genómica de las especies desatendidas, la biología de la anhidrobiosis y los modelos conflictivos de relaciones ecdysozoan.


Nematodos

Se informó por primera vez que los nematodos sobrevivían a la desecación en el siglo XVIII (Needham, 1743). John Needham describió agregar agua a un grano de trigo arruinado y ver cómo cobraban vida gusanos parecidos a fibras:

& # x2026 para mi gran sorpresa, estas fibras imaginarias, por así decirlo, se separaron instantáneamente unas de otras, cobraron vida, se movieron irregularmente, no con un movimiento progresivo, sino en forma de torsión, y continuaron así durante el espacio de nueve o diez horas & # x2026 (Needham, 1743)

Desde el descubrimiento de Needham & # x2019 de la reanimación de & # x201Cfibers, & # x201D para luego ser identificadas como larvas del nematodo fitopatógeno Anguina tritici, la tolerancia a la desecación se ha descrito en numerosas especies de nematodos, incluyendo Aphelenchus avenae, Plectus murrayi, Panagrolaimus superbus, Ditylenchus dipsaci, y C. elegans (Keilin, 1959 Madin y Crowe, 1975 Wharton, 1996 Perry, 1999 Shannon et al., 2005 Adhikari et al., 2009 Erkut et al., 2011 Tyson et al., 2012). Para algunos de estos gusanos, como A. avenae y C. elegans, el contenido de agua intracelular se ha medido específicamente, mostrando un agotamiento a niveles anhidrobióticos con pérdida de casi toda el agua intracelular (Crowe et al., 1977 Erkut et al., 2011). Aunque se han estudiado muchos nematodos en el contexto de la resistencia a la desecación, aquí nos centramos en C. elegans y complementar ese análisis con otras especies en algunos casos.

Caenorhabditis elegans es un organismo modelo común con métodos y recursos bien desarrollados para la genética, la biología celular y la formación de imágenes que se puede utilizar para comprender la fisiología de las respuestas al estrés (Brenner, 1974). De los metazoos anhidrobióticos, C. elegans ofrece el conjunto de herramientas moleculares con más recursos (Wharton, 2011 Dickinson et al., 2013 Erkut y Kurzchalia, 2015 Nance y Fr & # x00F8kj & # x00E6r-Jensen, 2019). Aunque otros nematodos como A. avenae han sido apreciados durante mucho tiempo por tener capacidades anhidrobióticas, solo hace relativamente poco tiempo que C. elegans demostró ser un verdadero anhidrobiota, sobreviviendo a la desecación después de perder más del 98% de su contenido de agua corporal (Madin y Crowe, 1975 Erkut et al., 2011). Algunos nematodos pueden resistir la desecación en múltiples etapas de la vida, pero C. elegans solo es resistente a la desecación cuando está en el estado dauer, una etapa larvaria alternativa especializada y resistente al estrés en la que los gusanos dejan de alimentarse (Cassada y Russell, 1975 Erkut et al., 2011). Similar a la diapausa de Artemia quistes C. elegans entran en diapausa de Dauer en respuesta al deterioro de las condiciones ambientales al experimentar cambios metabólicos y morfológicos que incluyen la síntesis de una cutícula especializada, constricción radial y formación de un tapón sobre la boca (Riddle et al., 1981 Hu, 2007).

Caenorhabditis elegans ha sido un modelo productivo para identificar genes implicados en la anhidrobiosis. Los estudios han adoptado principalmente dos enfoques: (1) perfiles de expresión para identificar genes cuyas abundancias de ARNm cambian durante la desecación y (2) alteración de genes candidatos y funciones para identificar genes que son necesarios para la tolerancia a la desecación. Estos enfoques han identificado moléculas que sugieren una sorprendente diversidad de adaptaciones fisiológicas a la desecación, algunos ejemplos destacados de los cuales discutimos en las secciones siguientes.

Síntesis de trehalosa

La trehalosa se acumula en varias especies de nematodos anhidrobióticos (Madin y Crowe, 1975 Loomis et al., 1980 Behm, 1997 Shannon et al., 2005). En C. elegans, la regulación positiva de la síntesis de trehalosa durante el secado gradual es esencial para que los gusanos sobrevivan a la desecación (Erkut et al., 2011). C. elegans La síntesis de trehalosa es un proceso de dos pasos que genera trehalosa a partir de glucosa y UDP-glucosa, que involucra genes de trehalosa 6-fosfato sintasa (tps-1 y tps-2) y la posterior desfosforilación de trehalosa 6-fosfato por una proteína codificada por gob-1 (Kormish y McGhee, 2005). Supresión de ambos tps genes limita la capacidad de C. elegans para sintetizar trehalosa y retener el empaquetamiento lipídico de la membrana apropiado, y para sobrevivir a la desecación (Erkut et al., 2011 Abusharkh et al., 2014). La trehalosa también funciona en otros contextos, incluida la resistencia al envejecimiento y al hambre, lo que sugiere que su función protectora puede extenderse más allá de la tolerancia a la desecación (Honda et al., 2010 Hibshman et al., 2017 Seo et al., 2018).

Adaptaciones metabólicas

Durante la anhidrobiosis, el metabolismo se detiene aparentemente (Crowe et al., 1977). Sin embargo, durante la desecación gradual se producen una serie de adaptaciones metabólicas preparatorias. La entrada en el estado de Dauer impulsa la reestructuración del flujo metabólico (O & # x2019Riordan y Burnell, 1989, 1990 Burnell et al., 2005). Uno de los cambios metabólicos más significativos con un efecto demostrado sobre la tolerancia a la desecación es una regulación positiva de la derivación de glioxilato (Madin et al., 1985 Erkut et al., 2016). La derivación de glioxilato, que involucra a las enzimas isocitrato liasa y malato sintasa, es una alternativa al ciclo del TCA que convierte el isocitrato en succinato y malato (Braeckman et al., 2009). En C. elegans, las actividades de las enzimas isocitrato liasa y malato sintasa son realizadas por una única proteína, ICL-1, que lleva a cabo ambas funciones (Liu et al., 1995). Agotamiento de icl-1 por ARNi sensibiliza C. elegans a la desecación (Erkut et al., 2016). El malato producido a partir de la actividad de derivación de glioxilato proporciona una entrada energética para la gluconeogénesis y, en última instancia, la síntesis de trehalosa durante el preacondicionamiento para la desecación (Figura 2) (Erkut et al., 2016). Por tanto, es probable que las adaptaciones metabólicas, como la regulación al alza de la derivación de glioxilato, funcionen principalmente para impulsar la producción de protectores aguas abajo, en lugar de tener una capacidad protectora intrínseca. En resumen, la derivación de glioxilato promueve la conversión de ácidos grasos en carbohidratos como la trehalosa que pueden funcionar como protectores.

Figura 2. Una ilustración de los componentes y mecanismos moleculares implicados en la tolerancia a la desecación. Las moléculas comunes que contribuyen a la tolerancia a la desecación se representan en compartimentos subcelulares donde se ha demostrado o se sugiere que funcionan. Algunos componentes, como las pequeñas proteínas de choque térmico, pueden ocupar múltiples compartimentos subcelulares, como lo demuestra la p26 de Artemia. La desecación puede conducir a la agregación y al plegamiento incorrecto de las proteínas. Durante los tiempos de desecación, proteínas como las sHSP y las LEA pueden limitar la agregación y, durante la recuperación, la Hsp70 puede replegar estas proteínas para restaurar la proteostasis. Durante el secado gradual, se producen preparaciones metabólicas como regulación ascendente de la derivación de glioxilato y producción de trehalosa. También se describen tres modelos comunes de protección durante la desecación. Aunque se destacan en tres recuadros separados, es probable que estos mecanismos tengan un gran grado de superposición. Tenga en cuenta que los componentes no están a escala. LEA, embriogénesis tardía abundante CAHS, MAHS citosólico abundante soluble en calor, SAHS mitocondrial abundante soluble en calor, Hsp40 soluble en calor abundante secretora, proteína de choque térmico de 40 kilodalton Hsp70, proteína de choque térmico de 70 kilodalton Hsf1, factor de choque térmico 1.

Proteínas LEA

El primer informe de una proteína LEA animal estaba en el nematodo Aphelenchus avenae, donde se demostró que estaba regulado al alza en respuesta a la desecación (Browne et al., 2002, 2004). C. elegans contiene dos genes que codifican la proteína LEA del grupo 3, lea-1, y dur-1 (Dauer tupag-rregulado) (Browne et al., 2004 Gal et al., 2004 Erkut et al., 2013). La expresión de cada uno de estos genes es inducida por la desecación, y la caída reduce la capacidad de los gusanos para sobrevivir a la desecación (Gal et al., 2004 Erkut et al., 2013). El descubrimiento inicial de una proteína LEA en A. avenae fue seguido por una serie de artículos que informaban sobre las proteínas LEA en una amplia variedad de animales (incluyendo Artemia, como ya se ha comentado) (Gal et al., 2004, 2006 Tunnacliffe et al., 2005 Hand et al., 2006 Kikawada et al., 2006). A pesar de la identificación de muchas LEA animales, la mayoría de los estudios de estas proteínas en el contexto del organismo se limitan a perfiles de expresión y casos raros de validación funcional por caída. Igual que Artemia Las proteínas LEA, proteínas LEA de nematodos también se han estudiado mediante expresión heteróloga o in vitro estudios. Una proteína LEA de A. avenae puede prevenir la agregación de proteínas en múltiples contextos y puede mejorar modestamente la osmotolerancia de las células humanas (Goyal et al., 2005 Chakrabortee et al., 2007 Liu et al., 2011). LEA-1 de C. elegans también puede reducir la agregación de proteínas y puede mejorar la resistencia bacteriana al estrés oxidativo y la desecación (Liu et al., 2019).

Las proteínas abudantes de la embriogénesis tardía son altamente hidrófilas e intrínsecamente desordenadas en solución, lo que confunde la intuición tradicional de que las proteínas deben plegarse en formas funcionales (Tunnacliffe y Wise, 2007). Sin embargo, la estructura de las proteínas LEA responde en gran medida a las condiciones dentro de la célula. Usando la proteína LEA1 del nematodo Aphelenchus avenae como modelo, Goyal et al. (2003) demostraron un aumento en la estructura secundaria durante la desecación. Específicamente, las proteínas LEA se pliegan en hélices alfa anfipáticas en ausencia de agua. Esto también se ha demostrado para C. elegans LEA-1 (Liu et al., 2019). El plegamiento en hélices alfa durante la desecación (o condiciones similares simuladas experimentalmente) ha demostrado ser un atributo común de una variedad de proteínas LEA y péptidos modelo de animales, incluidos nematodos y Artemia (Tolleter et al., 2007 Li y He, 2009 Boswell et al., 2014a Hand y Menze, 2015 LeBlanc et al., 2019). Se cree que las hélices alfa anfipáticas estabilizan las interacciones moleculares al mantener los sitios de contacto de carga apropiados a través de caras opuestas y no polares de la hélice (Gim & # x00E9nez-Andr & # x00E9s et al., 2018). Las proteínas LEA también pueden actuar como una interfaz entre el aire y el agua para prevenir la agregación de proteínas (Yuen et al., 2019). La estructura anfipática de las proteínas LEA permite diversas funciones. Las proteínas LEA actúan como & # x201C escudos moleculares & # x201D limitando la agregación de proteínas mal plegadas, contribuyen a la estabilización de la membrana y son componentes de vidrios biológicos a medida que las células deshidratantes vitrifican (Hand et al., 2011).

Proteínas de choque térmico

En un estudio de microarrays que mide los cambios transcripcionales durante la desecación, el pequeño gen que codifica la proteína de choque térmico F08H9.4 fue el gen más regulado al alza, aumentando el nivel de ARNm más de 700 veces (Erkut et al., 2013). Otros dos genes que codifican sHSP, F08H9.3 y hsp-12.6, también fueron regulados al alza en respuesta a la desecación. Cuando se prueba para una función en la supervivencia de la desecación, un hsp-12.6 mutante no afectó la supervivencia, pero las mutaciones en cualquiera F08H9.3 o F08H9.4 tolerancia reducida a la desecación, con F08H9.3 teniendo un efecto más pronunciado (Erkut et al., 2013). En C. elegans hsp-70 se regula al alza durante la transcripción durante la desecación y se requiere para los niveles de tolerancia a la desecación de tipo salvaje (Erkut et al., 2013). Un papel para hsp-70 en la supervivencia a la desecación del gusano destaca nuevamente el papel de la proteostasis en la tolerancia a la desecación.

Respuesta al estrés oxidativo

Una característica común de la desecación es el estrés oxidativo (Fran & # x00E7a et al., 2007). Las especies reactivas de oxígeno (ROS) pueden acumularse durante la desecación, dañando proteínas, membranas y ADN. Varias especies de nematodos regulan positivamente los genes de respuesta antioxidante durante la desecación (Adhikari et al., 2009 Tyson et al., 2012). Por ejemplo, en C. elegans los niveles de expresión de varios genes antioxidantes aumentan durante la desecación gradual, y existe evidencia funcional de que un gen de superóxido dismutasa (sod-1), varias glutatión peroxidasas (gpx-2, gpx-6, gpx-7) y catalasa (ctl-1) son necesarios para la supervivencia de la desecación, lo que sugiere que la regulación positiva de estos genes (todos excepto ctl-1 tienen mayor expresión durante la desecación) es una respuesta fisiológica adaptativa a la desecación gradual (Erkut et al., 2013).

Desaturación de ácidos grasos

Múltiples desaturasas de ácidos grasos se regulan positivamente en la transcripción en respuesta a la desecación (Erkut et al., 2013). Además, son necesarios múltiples genes implicados en la desaturación de ácidos grasos para una tolerancia total a la desecación. Estos incluyen & # x03949 ácidos grasos desaturasas (grasa-5, grasa-6, y grasa-7), & # x03946 desaturasa (grasa-3) y & # x03945 desaturasa (grasa-4). Es de destacar que la & # x03C93 desaturasa, grasa-1, no afecta la supervivencia a la desecación, lo que sugiere que el ácido araquidónico puede desempeñar un papel particular en la resistencia a la desecación (Erkut et al., 2013). Cómo la desaturación de ácidos grasos conduce a la resistencia a la desecación es una cuestión abierta. Es posible que la descomposición de los ácidos grasos pueda proporcionar una reserva de energía durante un tiempo de actividad limitada del ciclo del TCA y fosforilación oxidativa. También es posible que los ácidos grasos desaturados en las bicapas lipídicas contribuyan a la fluidez de la membrana (Crowe et al., 1989). Una tercera posibilidad es que varias especies de lípidos puedan sufrir peroxidación, funcionando como sumideros de ROS durante la desecación.

Regulación de la resistencia a la desecación

Caenorhabditis elegans se basa en un preacondicionamiento gradual para regular al alza los protectores necesarios para la supervivencia a la desecación (Erkut et al., 2011). Por lo tanto, C. elegans (y otros animales multicelulares) deben tener mecanismos para reconocer la pérdida gradual de agua e inducir las respuestas descritas anteriormente. Incluso animales como las moscas de la fruta que no pueden sobrevivir a la desecación total pueden sentir y responder a la humedad (Sayeed y Benzer, 1996). La higrotaxis, la capacidad de migrar hacia arriba o hacia abajo en un gradiente de humedad, ofrece una primera línea de protección contra el secado, ya que un animal puede simplemente evitar las condiciones de desecación. C. elegans exhibe un comportamiento de higrotaxis, una indicación más de un control eficaz de la humedad (Russell et al., 2014).

Varios genes implicados en la resistencia a la desecación sugieren un esbozo inicial de algunos mecanismos implicados en la higrosensación. Una mutación en un gen del canal del potencial receptor transitorio de neuronas sensoriales (TRP), osm-9, limita la supervivencia a la desecación (Colbert et al., 1997 Erkut et al., 2013). Canales TRP en Drosophila Las antenas regulan la higrosensibilidad, aunque la caída individual de osm-9 o cualquiera de los otros canales de TRP en C. elegans no afecta la higrotaxis (Sayeed y Benzer, 1996 Liu et al., 2007 Russell et al., 2014 Enjin et al., 2016). En C. elegans, las neuronas mecanosensoriales pueden detectar un estiramiento dependiente de la humedad en la cutícula o la epidermis para regular la higrotaxis (Russell et al., 2014). Además, un canal con compuerta cGMP (impuesto-4) en neuronas termosensoriales regula la higrotaxis (Russell et al., 2014). Es algo sorprendente que genes como osm-9 podría afectar la supervivencia de la desecación pero no la higrotaxis. Es posible que solo se utilicen sistemas parcialmente superpuestos para la regulación neuronal de la higrotaxis y la respuesta de detección necesaria para la resistencia a la desecación.

Más allá de la detección inicial de cambios en la humedad, esta información debe transmitirse de alguna forma a todo el organismo, lo que probablemente resulte en una actividad alterada del factor de transcripción y una regulación transcripcional de los genes relacionados con la desecación. Nuestra comprensión de dicha señalización es escasa, pero algunas pistas implican posibles funciones de un ligando notch (OSM-11), una proteína relacionada con parche (DAF-6) y la señalización de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) (Banton y Tunnacliffe, 2012). Erkut et al., 2013). Se sabe que los factores de transcripción específicos regulan la expresión de muchos de los genes y vías que afectan la tolerancia a la desecación. Por ejemplo, hsf-1 regula la respuesta al choque térmico y muchos acompañantes, skn-1/ Nrf2 es un regulador maestro de la respuesta al estrés oxidativo, y daf-16/ FOXO regula transcripcionalmente muchos genes involucrados en la síntesis de trehalosa y derivación de glioxilato durante la inanición (Hsu et al., 2003 Park et al., 2009 Brunquell et al., 2016 Hibshman et al., 2017). Sin embargo, todavía no se han realizado estudios que prueben específicamente el papel de algunos de estos factores de transcripción bien conocidos durante la desecación. Las herramientas disponibles en C. elegans lo convierten en un sistema de modelo animal ideal para investigar la naturaleza espacial y temporal de la señalización necesaria para montar una respuesta de desecación.

Lecciones de los nematodos

El estudio de la tolerancia a la desecación en un sistema genético ha facilitado el descubrimiento de más genes asociados con la supervivencia a la desecación que en Artemia y tardígrados. Más genes de los discutidos anteriormente juegan un papel en la tolerancia a la desecación. Estos genes (de Erkut et al., 2013) se incluyen en la Tabla 1. Aunque C. elegans Los estudios han revelado una gran cantidad de nuevos actores moleculares, los mecanismos por los cuales muchos de estos genes contribuyen a la supervivencia siguen siendo confusos. Investigaciones adicionales sobre C. elegans La resistencia a la desecación debería ser productiva para el descubrimiento continuo de protectores y la delimitación de las vías de señalización que contribuyen a la supervivencia, y para comprender mejor los mecanismos utilizados por los animales en general. Los mecanismos moleculares identificados en C. elegans es probable que se conserven entre otros nematodos, porque los estudios de expresión génica encuentran regulación positiva durante la desecación de protectores similares a los descritos anteriormente. Por ejemplo Panagrolaimus superbus aumenta la expresión de una pequeña proteína de choque térmico, una proteína LEA y varios antioxidantes en respuesta a la desecación (Tyson et al., 2012).


CONCLUSIONES

A pesar de su abundancia general y distribución cosmopolita, la Tardigrada ha sido relativamente descuidada por los zoólogos de invertebrados. Debido a las dificultades para recolectar y cultivar los organismos y su aparente falta de importancia económica para los humanos, nuestro conocimiento de los tardígrados se ha quedado rezagado con respecto a otros grupos. Sin embargo, su importancia para dilucidar la filogenia de los metazoos, en particular los artrópodos, ha aumentado recientemente el interés por este grupo. Además, su desarrollo y ecología son poco conocidos, y la formación adecuada de taxónomos expertos en la identificación de especies tardígradas es esencial para los análisis sistemáticos, ecológicos y moleculares.

Tabla 1. Subdivisión del Phylum Tardigrada con Clasificaciones de Hábitat (Nelson, 2001)


Contenido

La convección puede ser "forzada" por el movimiento de un fluido por medios distintos a las fuerzas de flotación (por ejemplo, una bomba de agua en un motor de automóvil). La expansión térmica de los fluidos también puede forzar la convección. En otros casos, las fuerzas de flotabilidad natural son las únicas responsables del movimiento del fluido cuando se calienta, y este proceso se denomina "convección natural". Un ejemplo es el tiro en una chimenea o alrededor de cualquier fuego. En la convección natural, un aumento de temperatura produce una reducción de la densidad, lo que a su vez provoca el movimiento del fluido debido a presiones y fuerzas cuando fluidos de diferentes densidades se ven afectados por la gravedad (o cualquier fuerza g). Por ejemplo, cuando se calienta agua en una estufa, el agua caliente del fondo de la olla sube, desplazando el líquido más frío y denso, que cae. Una vez que se detiene el calentamiento, la mezcla y la conducción de esta convección natural eventualmente dan como resultado una densidad casi homogénea y una temperatura uniforme. Sin la presencia de gravedad (o condiciones que causen una fuerza g de cualquier tipo), la convección natural no ocurre y solo funcionan los modos de convección forzada.

El modo de transferencia de calor por convección comprende un mecanismo. Además de la transferencia de energía debida al movimiento molecular específico (difusión), la energía se transfiere por el movimiento masivo o macroscópico del fluido. Este movimiento está asociado con el hecho de que, en cualquier instante, un gran número de moléculas se mueven colectivamente o como agregados. Dicho movimiento, en presencia de un gradiente de temperatura, contribuye a la transferencia de calor. Debido a que las moléculas en conjunto retienen su movimiento aleatorio, la transferencia de calor total se debe entonces a la superposición del transporte de energía por el movimiento aleatorio de las moléculas y por el movimiento global del fluido. Es habitual utilizar el término convección cuando se hace referencia a este transporte acumulativo y el término advección cuando se hace referencia al transporte debido al movimiento del fluido a granel. [1]

Se pueden distinguir dos tipos de transferencia de calor por convección:

    : cuando el movimiento del fluido es causado por fuerzas de flotación que resultan de las variaciones de densidad debido a variaciones de temperatura ± térmica en el fluido. En ausencia de una fuente interna, cuando el fluido está en contacto con una superficie caliente, sus moléculas se separan y se dispersan, lo que hace que el fluido sea menos denso. Como consecuencia, el fluido se desplaza mientras el fluido más frío se vuelve más denso y el fluido se hunde. Por lo tanto, el volumen más caliente transfiere calor hacia el volumen más frío de ese fluido. [2] Familiar examples are the upward flow of air due to a fire or hot object and the circulation of water in a pot that is heated from below. : when a fluid is forced to flow over the surface by an internal source such as fans, by stirring, and pumps, creating an artificially induced convection current. [3]

In many real-life applications (e.g. heat losses at solar central receivers or cooling of photovoltaic panels), natural and forced convection occur at the same time (mixed convection). [4]

Internal and external flow can also classify convection. Internal flow occurs when a fluid is enclosed by a solid boundary such as when flowing through a pipe. An external flow occurs when a fluid extends indefinitely without encountering a solid surface. Both of these types of convection, either natural or forced, can be internal or external because they are independent of each other. [ cita necesaria ] The bulk temperature, or the average fluid temperature, is a convenient reference point for evaluating properties related to convective heat transfer, particularly in applications related to flow in pipes and ducts.

Further classification can be made depending on the smoothness and undulations of the solid surfaces. Not all surfaces are smooth, though a bulk of the available information deals with smooth surfaces. Wavy irregular surfaces are commonly encountered in heat transfer devices which include solar collectors, regenerative heat exchangers, and underground energy storage systems. They have a significant role to play in the heat transfer processes in these applications. Since they bring in an added complexity due to the undulations in the surfaces, they need to be tackled with mathematical finesse through elegant simplification techniques. Also, they do affect the flow and heat transfer characteristics, thereby behaving differently from straight smooth surfaces. [5]

For a visual experience of natural convection, a glass filled with hot water and some red food dye may be placed inside a fish tank with cold, clear water. The convection currents of the red liquid may be seen to rise and fall in different regions, then eventually settle, illustrating the process as heat gradients are dissipated.

Convection-cooling is sometimes loosely assumed to be described by Newton's law of cooling. [6]

Newton's law states that the rate of heat loss of a body is proportional to the difference in temperatures between the body and its surroundings while under the effects of a breeze. The constant of proportionality is the heat transfer coefficient. [7] The law applies when the coefficient is independent, or relatively independent, of the temperature difference between object and environment.

In classical natural convective heat transfer, the heat transfer coefficient is dependent on the temperature. However, Newton's law does approximate reality when the temperature changes are relatively small, and for forced air and pumped liquid cooling, where the fluid velocity does not rise with increasing temperature difference.

The basic relationship for heat transfer by convection is:

The convective heat transfer coefficient is dependent upon the physical properties of the fluid and the physical situation. Valores de h have been measured and tabulated for commonly encountered fluids and flow situations.


175 Homeostasis

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Definir la homeostasis
  • Describe los factores que afectan la homeostasis.
  • Discutir los mecanismos de retroalimentación positiva y negativa que se utilizan en la homeostasis.
  • Describir la termorregulación de animales endotérmicos y ectotérmicos.

Los órganos animales y los sistemas de órganos se ajustan constantemente a los cambios internos y externos a través de un proceso llamado homeostasis ("estado estable"). Estos cambios pueden producirse en el nivel de glucosa o calcio en sangre o en las temperaturas externas. Homeostasis significa mantener el equilibrio dinámico en el cuerpo. Es dinámico porque se ajusta constantemente a los cambios que encuentran los sistemas del cuerpo. Es equilibrio porque las funciones corporales se mantienen dentro de rangos específicos. Incluso un animal aparentemente inactivo mantiene este equilibrio homeostático.

Proceso homeostático

The goal of homeostasis is the maintenance of equilibrium around a point or value called a set point . Si bien hay fluctuaciones normales desde el punto de ajuste, los sistemas del cuerpo generalmente intentarán volver a este punto. Un cambio en el entorno interno o externo se denomina estímulo y es detectado por un receptor; la respuesta del sistema es ajustar el parámetro de desviación hacia el punto de ajuste. Por ejemplo, si el cuerpo se calienta demasiado, se realizan ajustes para enfriar al animal. Si la glucosa en sangre aumenta después de una comida, se realizan ajustes para reducir el nivel de glucosa en sangre al llevar el nutriente a los tejidos que lo necesitan o para almacenarlo para su uso posterior.

Control de la homeostasis

Cuando se produce un cambio en el entorno de un animal, se debe realizar un ajuste. El receptor detecta el cambio en el entorno y luego envía una señal al centro de control (en la mayoría de los casos, el cerebro) que, a su vez, genera una respuesta que se envía a un efector. El efector es un músculo (que se contrae o relaja) o una glándula que segrega. La homeostatsis se mantiene mediante ciclos de retroalimentación negativa. Los circuitos de retroalimentación positiva en realidad empujan al organismo más lejos de la homeostasis, pero pueden ser necesarios para que ocurra la vida. La homeostasis está controlada por el sistema nervioso y endocrino de los mamíferos.

Mecanismos de retroalimentación negativa

Any homeostatic process that changes the direction of the stimulus is a negative feedback loop . Puede aumentar o disminuir el estímulo, pero no se permite que el estímulo continúe como lo hacía antes de que el receptor lo sintiera. En otras palabras, si un nivel es demasiado alto, el cuerpo hace algo para bajarlo y, a la inversa, si un nivel es demasiado bajo, el cuerpo hace algo para que suba. De ahí el término retroalimentación negativa. Un ejemplo es el mantenimiento animal de los niveles de glucosa en sangre. Cuando un animal ha comido, los niveles de glucosa en sangre aumentan. Esto es detectado por el sistema nervioso. Las células especializadas del páncreas lo perciben y el sistema endocrino libera la hormona insulina. Insulin causes blood glucose levels to decrease, as would be expected in a negative feedback system, as illustrated in (Figure). Sin embargo, si un animal no ha comido y los niveles de glucosa en sangre disminuyen, esto se percibe en otro grupo de células del páncreas y se libera la hormona glucagón, lo que hace que aumenten los niveles de glucosa. Este sigue siendo un ciclo de retroalimentación negativa, pero no en la dirección esperada por el uso del término "negativo". Otro ejemplo de aumento como resultado del circuito de retroalimentación es el control del calcio en sangre. Si los niveles de calcio disminuyen, las células especializadas de la glándula paratiroidea lo detectan y liberan hormona paratiroidea (PTH), lo que provoca una mayor absorción de calcio a través de los intestinos y los riñones y, posiblemente, la degradación de los huesos para liberar calcio. Los efectos de la PTH son elevar los niveles sanguíneos del elemento. Los bucles de retroalimentación negativa son el mecanismo predominante utilizado en la homeostasis.


Bucle de retroalimentación positiva

Un circuito de retroalimentación positiva mantiene la dirección del estímulo, posiblemente acelerándolo. Existen pocos ejemplos de ciclos de retroalimentación positiva en los cuerpos de los animales, pero uno se encuentra en la cascada de reacciones químicas que dan como resultado la coagulación o coagulación de la sangre. A medida que se activa un factor de coagulación, activa el siguiente factor en secuencia hasta que se logra un coágulo de fibrina. La dirección se mantiene, no cambia, por lo que esta es una retroalimentación positiva. Another example of positive feedback is uterine contractions during childbirth, as illustrated in (Figure). La hormona oxitocina, producida por el sistema endocrino, estimula la contracción del útero. Esto produce dolor detectado por el sistema nervioso. En lugar de disminuir la oxitocina y hacer que el dolor disminuya, se produce más oxitocina hasta que las contracciones son lo suficientemente poderosas como para producir el parto.


Indique si cada uno de los siguientes procesos está regulado por un circuito de retroalimentación positiva o un circuito de retroalimentación negativa.

  1. Una persona se siente saciada después de comer una comida abundante.
  2. La sangre tiene muchos glóbulos rojos. Como resultado, la eritropoyetina, una hormona que estimula la producción de nuevos glóbulos rojos, ya no se libera del riñón.

Punto fijo

Es posible ajustar el punto de ajuste de un sistema. Cuando esto sucede, el circuito de retroalimentación funciona para mantener la nueva configuración. Un ejemplo de esto es la presión arterial: con el tiempo, el punto normal o de ajuste de la presión arterial puede aumentar como resultado de aumentos continuos de la presión arterial. El cuerpo ya no reconoce la elevación como anormal y no se intenta volver al punto de ajuste inferior. El resultado es el mantenimiento de una presión arterial elevada que puede tener efectos nocivos en el cuerpo. La medicación puede reducir la presión arterial y reducir el punto de ajuste en el sistema a un nivel más saludable. This is called a process of alteration of the set point in a feedback loop.

Se pueden realizar cambios en un grupo de sistemas de órganos del cuerpo para mantener un punto de ajuste en otro sistema. This is called acclimatization . This occurs, for instance, when an animal migrates to a higher altitude than that to which it is accustomed. Para adaptarse a los niveles más bajos de oxígeno en la nueva altitud, el cuerpo aumenta la cantidad de glóbulos rojos que circulan en la sangre para asegurar un suministro adecuado de oxígeno a los tejidos. Otro ejemplo de aclimatación son los animales que tienen cambios estacionales en sus pelajes: un pelaje más pesado en el invierno asegura una retención adecuada del calor, y un pelaje ligero en verano ayuda a evitar que la temperatura corporal suba a niveles dañinos.

Los mecanismos de retroalimentación pueden entenderse en términos de conducir un auto de carreras por una pista: vea una breve lección en video sobre los ciclos de retroalimentación positiva y negativa.

Homeostasis: termorregulación

La temperatura corporal afecta las actividades corporales. Generalmente, a medida que aumenta la temperatura corporal, también aumenta la actividad enzimática. Por cada aumento de diez grados centígrados en la temperatura, la actividad enzimática se duplica, hasta cierto punto. Las proteínas corporales, incluidas las enzimas, comienzan a desnaturalizarse y pierden su función con el calor elevado (alrededor de 50 o C para los mamíferos). La actividad enzimática disminuirá a la mitad por cada descenso de diez grados centígrados de temperatura, hasta el punto de congelarse, con algunas excepciones. Algunos pescados pueden resistir la congelación y volver a la normalidad con la descongelación.

Mire este video de Discovery Channel sobre termorregulación para ver ilustraciones de este proceso en una variedad de animales.

Endotermos y ectotermos

Los animales se pueden dividir en dos grupos: algunos mantienen una temperatura corporal constante frente a las diferentes temperaturas ambientales, mientras que otros tienen una temperatura corporal que es la misma que su entorno y, por lo tanto, varía con el entorno. Animals that do not control their body temperature are ectotherms. A este grupo se le ha llamado de sangre fría, pero es posible que el término no se aplique a un animal en el desierto con una temperatura corporal muy cálida. In contrast to ectotherms, which rely on external temperatures to set their body temperatures, poikilotherms are animals with constantly varying internal temperatures. Un animal que mantiene una temperatura corporal constante frente a los cambios ambientales se llama homeotermia. Endotherms are animals that rely on internal sources for body temperature but which can exhibit extremes in temperature. These animals are able to maintain a level of activity at cooler temperature, which an ectotherm cannot due to differing enzyme levels of activity.

Heat can be exchanged between an animal and its environment through four mechanisms: radiation, evaporation, convection, and conduction ((Figure)). Radiation is the emission of electromagnetic “heat” waves. Heat comes from the sun in this manner and radiates from dry skin the same way. Heat can be removed with liquid from a surface during evaporation. This occurs when a mammal sweats. Convection currents of air remove heat from the surface of dry skin as the air passes over it. Heat will be conducted from one surface to another during direct contact with the surfaces, such as an animal resting on a warm rock.


Conservación y disipación de calor

Los animales conservan o disipan el calor de diversas formas. En ciertos climas, los animales endotérmicos tienen algún tipo de aislamiento, como piel, grasa, plumas o alguna combinación de los mismos. Los animales con pelaje grueso o plumas crean una capa aislante de aire entre la piel y los órganos internos. Los osos polares y las focas viven y nadan en un ambiente bajo cero y, sin embargo, mantienen una temperatura corporal constante y cálida. El zorro ártico, por ejemplo, usa su cola esponjosa como aislamiento adicional cuando se acurruca para dormir cuando hace frío. Los mamíferos tienen un efecto residual de los escalofríos y el aumento de la actividad muscular: los músculos erectores del pelo provocan la "piel de gallina", lo que hace que se ericen pequeños pelos cuando el individuo tiene frío, lo que tiene el efecto pretendido de aumentar la temperatura corporal. Los mamíferos usan capas de grasa para lograr el mismo fin. La pérdida de cantidades significativas de grasa corporal comprometerá la capacidad de una persona para conservar el calor.

Los endotermos usan sus sistemas circulatorios para ayudar a mantener la temperatura corporal. La vasodilatación trae más sangre y calor a la superficie del cuerpo, lo que facilita la radiación y la pérdida de calor por evaporación, lo que ayuda a enfriar el cuerpo. La vasoconstricción reduce el flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos periféricos, empujando la sangre hacia el núcleo y los órganos vitales que se encuentran allí y conservando el calor. Some animals have adaptions to their circulatory system that enable them to transfer heat from arteries to veins, warming blood returning to the heart. Esto se denomina intercambio de calor a contracorriente y evita que la sangre venosa fría enfríe el corazón y otros órganos internos. This adaption can be shut down in some animals to prevent overheating the internal organs. The countercurrent adaption is found in many animals, including dolphins, sharks, bony fish, bees, and hummingbirds. Por el contrario, adaptaciones similares pueden ayudar a enfriar endotermos cuando sea necesario, como los delfines y las orejas de elefante.

Algunos animales ectotérmicos utilizan cambios en su comportamiento para ayudar a regular la temperatura corporal. Por ejemplo, un animal ectotérmico del desierto simplemente puede buscar áreas más frescas durante la parte más calurosa del día en el desierto para evitar calentarse demasiado. Los mismos animales pueden trepar a las rocas para capturar el calor durante una fría noche en el desierto. Algunos animales buscan agua para ayudar a la evaporación a enfriarlos, como se ve con los reptiles. Otros ectotermos utilizan actividades grupales como la actividad de las abejas para calentar una colmena y sobrevivir al invierno.

Muchos animales, especialmente los mamíferos, utilizan el calor residual metabólico como fuente de calor. Cuando los músculos se contraen, la mayor parte de la energía del ATP que se utiliza en las acciones de los músculos es energía desperdiciada que se traduce en calor. El frío intenso provoca un reflejo de escalofríos que genera calor para el cuerpo. Muchas especies también tienen un tipo de tejido adiposo llamado grasa parda que se especializa en generar calor.

Control neuronal de la termorregulación

The nervous system is important to thermoregulation , as illustrated in (Figure). Los procesos de homeostasis y control de la temperatura se centran en el hipotálamo del cerebro animal avanzado.


Cuando los leucocitos destruyen las bacterias, los pirógenos se liberan en la sangre. Los pirógenos restablecen el termostato del cuerpo a una temperatura más alta, lo que provoca fiebre. ¿Cómo pueden los pirógenos hacer que aumente la temperatura corporal?

The hypothalamus maintains the set point for body temperature through reflexes that cause
vasodilation and sweating when the body is too warm, or vasoconstriction and shivering when the body is too cold. Responde a las sustancias químicas del cuerpo. Cuando una bacteria es destruida por leucocitos fagocíticos, se liberan a la sangre sustancias químicas llamadas pirógenos endógenos. Estos pirógenos circulan hacia el hipotálamo y restablecen el termostato. Esto permite que la temperatura corporal aumente en lo que comúnmente se llama fiebre. Un aumento de la temperatura corporal hace que se conserve el hierro, lo que reduce un nutriente que necesitan las bacterias. Un aumento en el calor corporal también aumenta la actividad de las enzimas y las células protectoras del animal al tiempo que inhibe las enzimas y la actividad de los microorganismos invasores. Finalmente, el calor en sí mismo también puede matar al patógeno. Una fiebre que alguna vez se pensó que era una complicación de una infección, ahora se entiende como un mecanismo de defensa normal.

Resumen de la sección

La homeostasis es un equilibrio dinámico que se mantiene en los tejidos y órganos del cuerpo. Es dinámico porque se ajusta constantemente a los cambios que encuentran los sistemas. It is in equilibrium because body functions are kept within a normal range, with some fluctuations around a set point for the processes.

Preguntas de conexión visual

(Figure) State whether each of the following processes are regulated by a positive feedback loop or a negative feedback loop.

  1. Una persona se siente saciada después de comer una comida abundante.
  2. La sangre tiene muchos glóbulos rojos. Como resultado, la eritropoyetina, una hormona que estimula la producción de nuevos glóbulos rojos, ya no se libera del riñón.

(Figure) Both processes are the result of negative feedback loops. Negative feedback loops, which tend to keep a system at equilibrium, are more common than positive feedback loops.

(Figure) When bacteria are destroyed by leuckocytes, pyrogens are released into the blood. Los pirógenos restablecen el termostato del cuerpo a una temperatura más alta, lo que provoca fiebre. ¿Cómo pueden los pirógenos hacer que aumente la temperatura corporal?

(Figure) Pyrogens increase body temperature by causing the blood vessels to constrict, inducing shivering, and stopping sweat glands from secreting fluid.

Preguntas de revisión

Cuando se enfrenta a una caída repentina de la temperatura ambiental, un animal endotérmico:

  1. experimenta una caída en su temperatura corporal
  2. espera a ver si baja
  3. aumentar la actividad muscular para generar calor
  4. agregue piel o grasa para aumentar el aislamiento

¿Cuál es un ejemplo de retroalimentación negativa?

  1. disminución de la glucosa en sangre después de una comida
  2. coagulación de la sangre después de una lesión
  3. lactancia durante la lactancia
  4. contracciones uterinas durante el trabajo de parto

¿Qué método de intercambio de calor ocurre durante el contacto directo entre la fuente y el animal?

El termostato del cuerpo se encuentra en el ________.

¿Cuál de los siguientes es no true about acclimatization?

  1. Acclimatization allows animals to compensate for changes in their environment.
  2. Acclimatization improves function in a new environment.
  3. Acclimatization occurs when an animal tries to reestablish a homeostatic set point.
  4. Acclimatization is passed on to offspring of acclimated individuals.

¿Cuál de los siguientes es no a way that ectotherms can change their body temperatures?

  1. Sweating for evaporative cooling.
  2. Adjusting the timing of their daily activities.
  3. Seek out or avoid direct sunlight.
  4. Huddle in a group.

Preguntas de pensamiento crítico

¿Por qué se utilizan circuitos de retroalimentación negativa para controlar la homeostasis corporal?

Un ajuste a un cambio en el entorno interno o externo requiere un cambio en la dirección del estímulo. Un circuito de retroalimentación negativa logra esto, mientras que un circuito de retroalimentación positiva continuaría el estímulo y daría como resultado daños al animal.

¿Por qué la fiebre es "algo bueno" durante una infección bacteriana?

Las enzimas de mamíferos aumentan la actividad hasta el punto de la desnaturalización, aumentando la actividad química de las células involucradas. Las enzimas bacterianas tienen una temperatura específica para su actividad más eficiente y se inhiben a temperaturas más altas o más bajas. La fiebre provoca un aumento de la destrucción de las bacterias invasoras al aumentar la eficacia de las defensas corporales y al inhibir el metabolismo bacteriano.

¿Cómo es una condición como la diabetes un buen ejemplo de la falla de un punto de ajuste en humanos?

La diabetes a menudo se asocia con una falta de producción de insulina. Sin insulina, los niveles de glucosa en sangre aumentan después de una comida, pero nunca regresan a los niveles normales.

On a molecular level, how can endotherms produce their own heat by adjusting processes associated with cellular respiration? If needed, review Ch. 7 for details on respiration.

Animals are capable of thermal uncoupling when they need to generate heat to maintain their body temperatures. In this process, an uncoupling protein provides a channel in the inner mitochondrial membrane that allows protons to leave the lumen without moving through the ATP synthase. This generates heat rather than chemical energy as the final product of cellular respiration.

Glosario


Agradecimientos

Thanks are due to Eva-Maria Huber, Irina Panchuk, Roman Volkov and Markus Wunderlich for their help with the real-time quantification technique,Karl-Heinz Helmer for the SEM images and to Eva Schwörtzer for general assistance. We also wish to thank Alan Tunnacliffe and Jim Clegg for their helpful advice and critical discussion on the manuscript and Marcelo Sánchez-Villagra for proofreading. This study was financed by the Wilhelm Schuler Foundation, Tübingen, Germany.


Ver el vídeo: Jaime Martínez - tardígrados gigantes (Febrero 2023).