A Vida em Ambiente Mutável: o controle da temperatura do corpo em terra

Como os animais terrestres conseguem regular sua temperatura em um ambiente em constante mudança?

 http://www.bioorbis.org/2019/03/ambiente-mutavel-temperatura-corporal.html
Um bonito lagarto regula sua temperatura no sol. Pixabay/Domínio Público.

VAMOS DESCOBRIR...

VIDA NA ÁGUA E NA TERRA


Um animal terrestre é um ambiente físico que pode mudar rapidamente mesmo em pequenas distâncias. A temperatura em particular, varia dramaticamente nos ambientes terrestres e as mudanças nas temperaturas ambientais têm um impacto direto em animais terrestres especialmente nos pequenos, porque eles ganham e perdem calor rapidamente.


Essa diferença entre os ambientes aquático e terrestre resulta das diferenças nas propriedades físicas da água e do ar. A capacidade calórica da água é alta, tanto quanto a habilidade de conduzir calor. Como resultado, as temperaturas da água são relativamente estáveis e não variam muito de um lugar para o outro em uma lagoa ou riacho. Um animal aquático tem pouca capacidade de mudar a temperatura de seu corpo se movendo, ou de manter a temperatura do corpo diferente da temperatura da água.




Assim que um animal se move ao longo do litoral, ele encontra um mosaico de pontos quentes e frios que podem diferir em vários graus a distâncias de poucos centímetros. Animais terrestres podem selecionar temperaturas favoráveis dentro desse mosaico térmico, e a baixa condutividade do calor pelo ar permite que eles possam manter a temperatura do corpo diferente da temperatura do ar.

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Figura 2. Um anfíbio. Pixabay/Domínio Público.

De fato, termorregulação (regulação da temperatura do corpo) é essencial para a maioria dos tetrápodes porque eles encontram temperaturas suficientemente quentes para matá-los ou frias suficiente para incapacitá-los. Em geral, os tetrápodes mantêm as temperaturas do corpo que são mais elevadas que a temperatura do ar (algumas exceções para essa generalização são discutidas em capítulos subsequentes) e para fazer isso eles precisam de uma fonte de calor. O calor usado para aumentar a temperatura do corpo para níveis que permitam atividade normal pode provir de reações químicas do metabolismo (endotermia) ou da exposição ao sol ou ainda do contato com um objeto quente, tal como uma rocha (ectotermia).


Do tempo de Aristóteles para cá, lagartos, serpentes e anfíbios têm sido chamados, de modo paradoxal, de animais de sangue frio, enquanto pensava-se que eram capazes de tolerar temperaturas extremamente altas.  Salamandras frequentemente procuram abrigo em troncos, e quando esse tronco é colocado no fogo, as salamandras que ai se abrigavam, podem sair precipitadamente. Observações desse fenômeno criaram a crença de que salamandras vivem no fogo. Na primeira parte do século 20, biólogos utilizavam linhas similares de raciocínio. No deserto, os lagartos frequentemente assentam-se sobre rochas. Se você se aproximar do lagarto, ele corre mas, a rocha fica, e ao tocar a rocha sentimos que está dolorosamente quente. Obviamente a explicação esperada é que o lagarto deve estar igualmente quente. Biólogos admiraram-se sobre a tolerância de aquecimento dos lagartos e conclusões deste efeito são encontradas em textos idôneos nesse período.



Um estudo da termorregulação de lagartos realizado por Raymond Cowles e Charles Bogert (1944) demonstrou a falsidade das observações e conclusões anteriores. Cowles e Bogert mostraram que os répteis podem regular a temperatura corpórea com considerável precisão e que o nível no qual a temperatura é regulada é característica de cada espécie. As implicações dessa descoberta para a biologia de anfíbios e répteis está ainda sendo explorada.



MUDANÇAS ENERGÉTICAS ENTRE UM ORGANISMO E SEU AMBIENTE


É necessária uma breve discussão sobre o panorama no qual a energia térmica é trocada entre um organismo vivo e seu ambiente, para entender os mecanismos termorreguladores empregados pelos animais terrestres. Um organismo pode ganhar ou perder energia calórica de diversas maneiras e, ajustando o fluxo do calor através de várias maneiras um animal pode aquecer, esfriar ou manter uma temperatura estável.



A Figura 3 ilustra os caminhos de trocas de energia térmica. A energia solar pode alcançar um animal de diferentes maneiras. A radiação solar direta atinge um animal quando ele está em um local ensolarado. Além disso, a energia solar é refletida pelas nuvens e pelas partículas de poeira na atmosfera e por outros objetos no ambiente atingindo o animal por essas rotas. A distribuição da energia dos comprimentos de onda em todas essas rotas é a mesma - a porção do espectro solar que atravessa a atmosfera da Terra.

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Figura 3. A energia é trocada entre organismos terrestres e seu ambiente por meio de diferentes rotas. Essas são ilustradas de forma simplificada por um lagarto descansando no chão de um arroio no deserto. Pequenos ajustes de postura ou posição podem mudar a magnitude de várias rotas de trocas energéticas e dar ao lagarto um controle considerável sobre sua temperatura do corpo.

Aproximadamente metade dessa energia está contida nos comprimentos de onda visíveis do espectro solar (de 400 a 700 nanômetros) e maior parte restante situa-se na região infravermelha do espectro (maior que 700 nanômetros).



A troca de energia no infravermelho é uma importante parte do equilíbrio da radiação de calor. Todos os objetos, animados ou inanimados, irradiam energia em comprimentos de onda determinados por suas temperaturas absolutas. Objetos com variações de temperatura entre a dos animais e a da superfície da Terra (grosseiramente entre -20° a +50°C) irradiam na porção infravermelha do espectro. Os animais irradiam, continuamente, calor para o ambiente e recebem radiação infravermelha do ambiente. Assim, a radiação infravermelha pode levar tanto ao ganho como a perda de calor, dependendo da temperatura relativa da superfície do corpo do animal e das superfícies ambientais, além das características da radiação das próprias superfícies. Na Figura 3, o lagarto está mais frio do que a rocha iluminada pelo sol, situada a sua frente, e recebe mais energia da rocha do que perde para ela. Entretanto, o lagarto é mais quente que o lado sombreado da rocha situada atrás dele e tem uma perda liquida de energia nessa troca. A temperatura radiante do céu limpo é aproximadamente 20°C, e deste modo, o lagarto perde calor por radiação para o céu.



O calor é trocado entre os objetos do ambiente e o ar através da convecção. Se a temperatura da superfície de um animal for mais alta do que a temperatura do ar, a convecção levará à uma perda de aquecimento; se o ar for mais quente do que animal, a convecção será uma rota de novo aquecimento do animal. No ar parado, a troca de calor por convecção é efetuada por correntes de convecção formadas por aquecimento local mas, no ar em movimento, a convecção forçada substitui a convecção natural e a taxa de troca de calor é muito aumentada. No exemplo mostrado, o lagarto é mais quente do que o ar e perde calor por convecção.



Troca de calor por condução assemelha-se à convecção porque a sua direção depende das temperaturas relativas do animal e do ambiente. A troca por condução ocorre entre o corpo e o substrato nos locais que estão em contato. Isso pode ser modificado pela mudança da área da superfície do animal em contato com o substrato e pela mudança da taxa de fluxo sanguíneo em regiões do corpo do animal que estão em contato com o substrato. Neste exemplo, o lagarto ganha calor por condução do chão quente.

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Figura 4. Duas serpentes. Pixabay/Domínio Público.

A evaporação da água ocorre da superfície do corpo e a partir do aparelho respiratório. Cada grama de água evaporada representa uma perda de aproximadamente 2.450 joules (o valor exato muda um pouco com a temperatura). A evaporação da água transfere calor do animal para o ambiente e assim representa uma perda de calor. A situação inversa, a condensação de vapor de água sobre um animal, produziria ganho de calor, mas isso raramente ocorre em condições naturais.



A produção de calor metabólico é a última rota pela qual um animal pode ganhar calor. Entre os ectotermos, um ganho de calor metabólico usualmente é insignificante em relação ao calor oriundo direta ou indiretamente da energia solar. Os endotermos por definição obtêm a maior parte de sua energia pelo metabolismo. Mas as rotas de trocas energéticas com o ambiente são as mesmas daquelas dos ectotermos e devem ser balanceadas para manter uma temperatura corpórea estável.



Referências
Cowles, R. B., and C. M. Bogert.  1944.  A preliminary study of the thermal requirements of desert reptiles. Bulletin of the American Museum of Natural History
83:261-296.
POUGH, F. Harvery; JANIS, Christine M; HEISER, John B. A vida dos vertebrados. Atheneu Editora São Paulo, 2006.

Para finalizar veja um vídeo do canal Gisela Gioia, sobre termorregulação animais legendado:


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