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Conteúdo principal

Estratégias de controle de temperatura

Como o comportamento, a anatomia e a fisiologia ajudam os animais no controle da temperatura corporal.

Principais pontos

  • Muitos animais regulam sua temperatura corporal através do comportamento, como buscar sol ou sombra ou aconchegando-se para receber calor.
  • Animais endotérmicos podem alterar a produção de calor metabólico para manter a temperatura corporal usando tanto a termogênese com tremor, quanto a sem tremor.
  • A vasoconstrição— contração— e a vasodilatação—expansão—dos vasos sanguíneos da pele podem alterar a troca de calor de um organismo com o ambiente.
  • Uma troca de calor contracorrente é uma disposição dos vasos sanguíneos no qual o calor flui do sangue mais aquecido para o mais resfriado, geralmente reduzindo a perda de calor.
  • Alguns animais usam isolamento corporal e mecanismos evaporativos, como o suor e o arquejo, na regulação da temperatura corporal.

Introdução

Por que os lagartos tomam banho de sol? Por que as lebres tem orelhas enormes? Por que os cães ficam ofegantes quando estão muito quentes? Os animais tem maneiras diferentes de regular a temperatura do corpo! Essas estratégias termorreguladoras permitem que eles vivam em ambientes diferentes, incluindo alguns bastante extremos.
Os ursos polares e os pinguins, por exemplo, mantêm a alta temperatura corporal em suas geladas casas nos polos, enquanto os ratos do deserto, as iguanas e as cascavéis sobrevivem no Vale da Morte, onde as temperaturas no verão são acima de 38, degrees, start text, C, end text (100, degrees, start text, F, end text)start superscript, 1, end superscript.
Vamos estudar mais de perto algumas estratégias comportamentais, processos fisiológicos e características anatômicas que ajudam os animais a regular a temperatura corporal.
Esquerda, urso polar pulando entre campos de gelo. Direita, lagarto em Death Valley.
Esquerda, urso polar pulando entre pedras de gelo; direita, lagarto no Vale da Morte. Crédito de imagem: esquerda, Polar bear jumping por Arturo de Frias Marques, CC BY-SA 4.0; direita, Lézard à queue de zèbre por Jon Sullivan, domínio público

Mecanismos da termorregulação

Os animais podem ser divididos em endotérmicos e ectotérmicos com base na regulação de sua temperatura.
  • Animais endotérmicos, como aves e mamíferos, usam o calor metabólico para manter a temperatura corporal estável, que é frequentemente diferente da temperatura ambiente.
  • Animais ectotérmicos, como lagartos e cobras, não usam o calor metabólico para manter a temperatura corporal, mas se mantém na temperatura ambiente.
Ambos animais endotérmicos e ectotérmicos possuem adaptações — características que surgiram pela seleção natural — que ajudam a manter uma temperatura corporal saudável. Essas adaptações podem ser comportamentais, anatômicas ou fisiológicas. Algumas aumentam a produção de calor quando está frio — no caso dos endotérmicos. Outros, tanto endotérmicos quanto ectotérmicos, aumentam ou diminuem a troca de calor com o ambiente.
Neste artigo vamos estudar três grandes categorias de mecanismos termorreguladores:
  • Alterações comportamentais
    • Aumento da produção metabólica de calor
    • Controle da troca de calor com o ambiente

Estratégias comportamentais

Como você regula sua temperatura corporal usando seu comportamento? Em um dia quente, você pode nadar, beber água gelada ou sentar-se à sombra. Em um dia frio, você coloca um casaco, senta-se em um canto mais quente ou come uma tigela de sopa quentinha.
Animais não humanos têm tipos semelhantes de comportamentos. Por exemplo, os elefantes borrifam água em si mesmos para se refrescarem em um dia quente e muitos animais procuram por sombras quando sua temperatura está elevada. Por outro lado, lagartos geralmente se esticam em rochas quentes para se aquecerem, e os pinguins ficam juntinhos para reter calor.
Alguns animais ectotérmicos são tão bons em usar estratégias comportamentais para regular a temperatura, que eles conseguem mantê-la numa faixa estável, mesmo sem o calor produzido pelo metabolismo.
Acima à esquerda, iguana se aquecendo ao sol sobre uma rocha; acima à direita, elefante se borrifando com água; abaixo à esquerda, galinhas criadas livremente sentadas à sombra sob uma lona em um campo; abaixo à direita, filhotes de pinguim se amontoando para se aquecerem.
Exemplos de regulação comportamental de temperatura, acima a esquerda: aquecer-se ao sol, resfriar-se com água, procurar a sombra, e amontoar-se para se aquecer. Créditos de imagem (a partir da esquerda superior): Iguana por Skeeze, domínio público; Elephant cooling off by Jean Beaufort, domínio público; Chickens seeking shade por Geoffrey McKim, CC BY-SA 2.0; Penguin chicks huddling, por David Stanley, CC BY 2.0

Aumentando a produção de calor - termogênese

Os endotérmicos tem vários meios de aumentar a produção de calor metabólico, ou termogênese, em resposta ao ambiente frio.
Uma maneira de produzir calor metabólico é através da contração muscular — por exemplo, você treme incontrolavelmente quando está com muito frio. Tanto os movimentos deliberados — como esfregar as mãos ou dar uma caminhada — quanto o tremor, aumentam a atividade muscular e aceleram a produção de calor.
A termogênese sem tremor fornece outro mecanismo para a produção de calor. Esse mecanismo depende de tecido adiposo especializado, conhecido como gordura marrom, ou tecido adiposo marrom. Alguns mamíferos, especialmente os hibernadores e os filhotes têm muita gordura marrom. A gordura marrom contém muitas mitocôndrias com proteínas especiais que as deixam liberar energia de moléculas combustíveis, diretamente como calor, ao invés de canalizá-la para a formação do transportador de energia ATP.squared
Para saber mais como a energia é liberada em forma de calor nas células adiposas marrons, verifique a seção sobre proteínas de desacoplamento no artigo de oxidação fosforilativa.

Controlando perda e ganho de calor

Os animais também possuem estruturas corporais e respostas fisiológicas que controlam o quanto de calor eles irão trocar com o ambiente:
  • Mecanismos do sistema circulatório, como alterar o padrão do fluxo sanguíneo
    • Isolamento, como pelos, gordura ou penas
    • Mecanismos de evaporação, como ofegar e suar

Mecanismos circulatórios

A superfície corporal é o principal local de troca de calor com o meio ambiente. Controlar o fluxo de sangue da pele é uma forma importante de controlar a taxa de perda - ou de ganho - de calor para os arredores.

Vasoconstrição e vasodilatação

Em animais endotérmicos, o sangue quente do centro do corpo geralmente perde calor para o ambiente quando flui próximo à pele. A diminuição do diâmetro dos vasos sanguíneos que suprem a pele, um processo chamado de vasoconstrição, reduz o fluxo sanguíneo e ajuda a reter calor.
Uma rede de capilares próximos à superfície da pele é alimentada por um vaso sanguíneo que pode ser vasoconstrito - estreitado - ou vasodilatado - expandido - para controlar o fluxo de sangue através dos capilares. Quando está frio, o vaso sanguineo é vasoconstrito, e o sangue vindo do coração não entra na rede capilar, ao contrário, percorre um vaso sanguineo alternativo "um desvio" que permite que ele evite a superfície da pele. Assim, o sangue que retorna ao coração não perde muito calor.
Crédito de imagem: baseada em diagramas similares em Gillamcubed
Por outro lado, quando um animal endotérmico precisa perder calor — por exemplo, depois de correr intensamente para fugir de um predador — esses vasos sanguíneos expandem, ou dilatam. Esse processo é chamado de vasodilatação. A vasodilatação aumenta o fluxo sanguíneo para a pele e ajuda o animal a perder parte do calor excedente do corpo para o ambiente.
Uma rede de capilares próxima à superfície da pele é alimentada por um vaso sanguíneo que pode ser vasoconstrito - estreitado - ou vasodilatado - expandido - para controlar o fluxo sanguíneo através dos capilares. Quando está quente, este vaso sanguíneo é vasodilatado e o sangue vindo do coração entra na rede de capilares, ao invés de entrar em um vaso sanguíneo alternativo "desvio" que o deixaria evitar a superfície da pele. A medida que passa próximo à pele, o sangue perde calor para o ambiente mais fresco e estará resfriado quando deixar a rede de capilares e voltar para o coração.
Crédito de imagem: baseada em diagramas similares em Gillamcubed
Mamíferos peludos geralmente possuem uma rede de vasos sanguíneos especial para a troca de calor localizado em áreas sem pelos. Por exemplo, lebres tem orelhas bastante longas com muitos vasos sanguíneos que permite perder calor rapidamente. Essa adaptação ajuda-os a sobreviver no deserto quente.
Imagem de uma lebre no deserto e uma aproximação em primeiro plano de sua orelha, mostrando a rede de vasos sanguíneos.
Crédito de imagem: modificada de Black-tailed jackrabbit by K. Schneider, CC BY-NC 2.0
Alguns ectotérmicos também regulam o fluxo sanguíneo para a pele como uma maneira de conservar calor. Por exemplo, iguanas reduzem o fluxo sanguíneo para a pele quando nadam em águas geladas para ajudar a manter o calor que absorveram quando estiveram na terra.

Troca de calor contracorrente

Muitas aves e mamíferos apresentam trocas de calor contracorrente, que são adaptações do sistema circulatório que permitem que o calor seja transferido dos vasos sanguíneos contendo sangue mais quente para aqueles contendo sangue mais frio. Para entender como isso funciona, vamos ver um exemplo.
Na perna de uma ave pernalta, a artéria que percorre a perna carrega sangue aquecido do corpo. A artéria é posicionada bem ao lado de uma veia que carrega sangue frio que vem do pé. O sangue quente descendente passa muito do seu calor para o sangue frio ascendente, por condução. Isso significa que menos calor será perdido no pé devido à redução na diferença de temperatura entre o sangue mais frio e os seus arredores e que o sangue que retorna à área central do corpo esteja relativamente aquecido, prevenindo o centro do corpo de esfriarstart superscript, 7, end superscript.
Diagrama de disposição de vaso sanguíneo na perna de uma ave limícola.
  1. Sangue arterial quente do centro do corpo desce a perna por uma artéria.
  2. O sangue arterial transfere calor para o sangue venoso frio que volta do pé.
  3. O sangue arterial está agora mais frio e perderá menos calor para o ambiente à medida que for para o pé.
  4. O sangue venoso frio, subindo do pé, é aquecido antes que retorne para o centro do corpo.
Crédito da imagem: modificada de Counter current exchange in birds by Ekann, CC BY-SA 4.0; a imagem modificada está licenciada sob uma licença CC BY-SA 4.0

Isolamento

Outra maneira de minimizar a perda de calor para o ambiente é através do isolamento. As aves usam penas e a maioria dos mamíferos usam cabelos ou pelos, para manter uma camada de ar perto da pele e reduzir e transferência de calor para o meio ambiente. Mamíferos marinhos como as baleias usam a banha, uma grossa camada de gordura, como uma forma eficiente de isolamento.
Em climas frios, as aves "afofam" suas penas e os mamíferos seus pelos, para aumentar a camada de isolamento. O mesmo acontece com as pessoas — arrepios — que não são tão eficientes devido ao pouco pelo que temos. Por isso, a maioria de nós coloca uma blusa!
Esquera, um pombo afofa suas penas para aquecer-se; direita, arrepios em seres humanos são uma tentativa de aumentar o isolamento prendendo ar próximo à pele - mas não são muito efetivos devido à falta de pelos!
A esquerda, um pombo afofa suas penas para se aquecer; a direita, os arrepios em seres humanos são uma tentativa de aumentar o isolamento prendendo o ar próximo à pele - mas não são muito efetivos devido a falta de pelos! Créditos da imagem: esquerda, Parrow cold big bird by Mike Sandoval, domínio público; direita, Goose bumps, by Ildar Sagdejev, CC BY-SA 3.0

Mecanismos evaporativos

Animais terrestres geralmente perdem água pela pele, boca e nariz pela evaporação para o ar. A evaporação remove calor e atua como mecanismo de resfriação.
Por exemplo, muitos mamíferos podem ativar mecanismos como suor, ou ficar ofegante, para aumentar o resfriamento do corpo pela evaporação em resposta à altas temperaturas corpóreas.
  • Durante a transpiração, as glândulas da pele secretam água contendo vários íons - os "eletrólitos", que reabastecemos com bebidas esportivas. Apenas os mamíferos suam.
  • Quando ofegante, um animal respira rapida e superficialmente com a boca aberta para aumentar a evaporação das superfícies da boca. Ambos os mamíferos e as aves ofegam, ou pelo menos usam estratégias de respiração semelhantes para esfriarstart superscript, 8, end superscript.
Em algumas espécies, como os cachorros, o resfriamento evaporativo através do ofegar, combinado com a troca de calor contracorrente, auxiliam a evitar o superaquecimento do cérebro!start superscript, 9, end superscript
Esquerda, lobo ofegando para perder calor; direita, gotas de suor em um braço humano.
Esquerda, lobo ofegando para perder calor; direita, gotas de suor em um braço humano. Créditos das imagens: esquerda, Panting wolf by Mark Dumont, CC BY-NC 2.0; direita, Photo of sweating at Wilson Trail Stage 1 by Minghong, CC BY-SA 3.0