استراتيجية ثعالب البحر للبقاء على أجسامها دافئة

تعتمد درجة حرارة أجسام الحيوانات مثل الزواحف والبرمائيات في الغالب على درجة حرارة بيئتها - ولكن يمكن للثدييات زيادة عملية التمثيل الغذائي، باستخدام المزيد من الطاقة لتدفئة أجسامها. ما يتيح لها العيش في مناطق أكثر برودة والبقاء نشطة عندما تنخفض درجات الحرارة ليلاً أو خلال أشهر الشتاء.

على الرغم من أن العلماء يعرفون أن الثدييات يمكن أن تزيد من عملية التمثيل الغذائي مع انخفاض درجة الحرارة، إلا أنه لم يتضح أي الأعضاء أو الأنسجة تستخدم هذه الطاقة الإضافية لتوليد المزيد من الحرارة.

يعد البقاء دافئًا تحديًا خاصًا للثدييات المائية الصغيرة مثل ثعالب البحر، لذلك أراد العلماء معرفة كيفية تكيفها للبقاء على قيد الحياة في البرد.

من الصعب بشكل خاص على الثدييات التي تعيش في الماء أن تبقى دافئة لأن الماء ينقل الحرارة بعيدًا عن الجسم أسرع بكثير من الهواء. لذا تمتلك معظم الثدييات البحرية أجسامًا كبيرة وطبقة سميكة من الدهون أو الشحوم لعزلها عن البرودة. لكن ثعالب البحر، التي تعد أصغر الثدييات البحرية، ولا تحتوي أجسامها على هذه الطبقة السميكة من الشحم.  يتم عزلها بالفراء الأكثر كثافة من أي حيوان ثديي آخر، مع ما يصل إلى مليون شعرة لكل بوصة مربعة. ومع ذلك، فإن هذا الفراء يحتاج إلى عناية فائقة ويتطلب تنظيفًا منتظمًا يستهلك نحو 10٪ من النشاط اليومي لثعالب البحر للحفاظ على الطبقة العازلة من الهواء المحبوسة في فرائها.  ولتوليد ما يكفي من حرارة الجسم، يكون معدل الأيض عند الراحة أعلى بثلاث مرات من معظم الثدييات المماثلة. علاوة على ذلك، فإن معدل الأيض المرتفع هذا له تكلفة.

للحصول على طاقة يجب أن تأكل ثعالب البحر أكثر من 20 ٪ من كتلة أجسامها من الطعام يوميًا. بالمقارنة، يأكل البشر نحو 2 ٪ من كتلة أجسامهم - (1.3 كيلوغرام) من الطعام يوميًا لشخص وزنه 70 كيلوغرامًا.

من أين تأتي الحرارة؟

عندما تأكل الحيوانات، لا يمكن للخلايا استخدام الطاقة الموجودة في طعامها مباشرة للقيام بعملها. بدلاً من ذلك، يتم تقسيم الطعام إلى عناصر غذائية بسيطة، مثل الدهون والسكريات ثم يتم نقل هذه العناصر الغذائية في الدم وتمتصها الخلايا. كما يوجد داخل الخلية مقصورات تسمى الميتوكوندريا حيث يتم تحويل العناصر الغذائية إلى ATP.

تشبه عملية تحويل العناصر الغذائية إلى ATP الطريقة التي يحول بها السد المياه المخزنة إلى كهرباء. عندما تتدفق المياه من السد، فإنها تولد الكهرباء عن طريق تدوير الشفرات المتصلة بالمولد - على غرار الرياح التي تدير ريش الطاحونة الهوائية. إذا كانت المياه تتسرب يتم فقد بعضها - أو الطاقة المخزنة - ولا يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء. وبالمثل، فإن الميتوكوندريا المتسربة أقل كفاءة في صنع ثلاثي فوسفات الأدينوسين من العناصر الغذائية. وعلى الرغم من أن الطاقة المتسربة في الميتوكوندريا لا يمكن استخدامها للقيام بأي عمل، إلا أنها تولد حرارة لتدفئة جسم قضاعة البحر.

تستهلك جميع أنسجة الجسم الطاقة وتنتج الحرارة، لكن بعض الأنسجة أكبر وأكثر نشاطًا من غيرها. تشكل العضلات 30 ٪ من كتلة الجسم لمعظم الثدييات و عندما تكون العضلات نشطة تستهلك الكثير من الطاقة وتنتج الكثير من الحرارة.

لمعرفة ما إذا كان التمثيل الغذائي للعضلات يساعد في الحفاظ على دفء ثعالب البحر، قام العلماء بدراسة عينات عضلية صغيرة من ثعالب البحر تتراوح في الحجم والعمر من الجراء حديثي الولادة إلى الكبار. ووضعوا عينات العضلات في غرف صغيرة مصممة لمراقبة استهلاك الأوكسجين - وهو مقياس لمقدار الطاقة المستخدمة.

من خلال إضافة حلول مختلفة تحفز أو تمنع عمليات التمثيل الغذائي المختلفة، حدد الباحثون مقدار الطاقة التي يمكن للميتوكوندريا استخدامها لصنع ATP - ومقدار الطاقة التي يمكن أن تدخل في التسرب الناتج عن الحرارة. واكتشف الباحثون أن الميتوكوندريا في عضلات قضاعة البحر يمكن أن تكون شديدة التسرب، ما يسمح لثعالب الماء برفع الحرارة في عضلاتهم دون نشاط بدني أو ارتعاش. كمااتضح أن عضلة قضاعة البحر جيدة في كونها غير فعالة. إذ أن الطاقة "المفقودة" كحرارة أثناء تحويل العناصر الغذائية إلى حركة تسمح لهم بالبقاء على قيد الحياة في البرد.

وضع العلماء عينات عضلية صغيرة من ثعالب البحر تتراوح في الحجم والعمر من الجراء حديثي الولادة إلى الكبار في غرف صغيرة مصممة لمراقبة استهلاك الأوكسجين، وهو مقياس لمقدار الطاقة المستخدمة. ووجد الباحثون أن الجراء حديثي الولادة لديهم نفس القدرة الأيضية مثل البالغين، على الرغم من أن عضلاتهم لم تنضج بعد للسباحة والغوص.

آثار أوسع

يوضح البحث أن العضلات مهمة لأكثر من مجرد الحركة. ونظرًا لأن العضلات تشكل جزءًا كبيرًا من كتلة الجسم، فإن الزيادة الطفيفة في التمثيل الغذائي للعضلات يمكن أن تزيد بشكل كبير من مقدار الطاقة التي يستخدمها الحيوان. هذا الأمر له آثار مهمة على صحة الإنسان إذا اكتشف العلماء طرقًا لزيادة التمثيل الغذائي للعضلات الهيكلية بشكل آمن وقابل للعكس أثناء الراحة، فيمكن للأطباء استخدام هذا كأداة لتقليل معدلات السمنة المتزايدة عن طريق زيادة كمية السعرات الحرارية التي يمكن أن يحرقها المريض. وعلى العكس من ذلك، فإن الحد من التمثيل الغذائي للعضلات الهيكلية يمكن أن يحافظ على الطاقة في المرضى اللذين يعانون من السرطان أو أمراض الهزال الأخرى ويمكن أن يقلل من الغذاء والموارد اللازمة لدعم رواد الفضاء في رحلات الفضاء طويلة المدى.

المصدر: sciencealert