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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 32

Lição 2: Metabolismo & termorregulação

Endotérmicos e ectotérmicos

A diferença entre endotérmicos e ectotérmicos. Como interpretar gráficos relacionados com endotérmicos e ectotérmicos.

Principais pontos

A maioria dos animais precisa manter sua temperatura corporal dentro de uma faixa relativamente estreita.
Os animais endotérmicos usam o calor gerado internamente para manter a temperatura corporal. A temperatura corporal deles tende a permanecer constante, independentemente do ambiente.
Os ectotérmicos dependem principalmente de fontes externas de calor, e sua temperatura corporal muda com a temperatura do ambiente.
Os animais trocam calor com o meio ambiente através da radiação, condução - às vezes auxiliada por convecção - e evaporação.

Introdução

Como está o tempo lá fora hoje? Se você estiver no inverno, pode estar bem frio. Se for verão, pode estar bem quente. De qualquer forma, há uma grande chance de que sua temperatura do corporal esteja por volta de

98, 6^{\circ} F

37^{\circ} C

. Como vimos no artigo sobre homeostase, mecanismos como tremer de frio e suar entram em ação quando seu corpo fica muito frio ou muito quente para manter sua temperatura interna constante.

Nem todos os organismos mantêm sua temperatura corporal em um intervalo pequeno como fazem os seres humanos, entretanto praticamente todos os animais do planeta precisam em algum ponto regular sua temperatura corporal — pelo menos para evitar que a água em suas células virem gelo ou que suas enzimas metabólicas se desnaturem com o calor.

Em geral, os animais podem ser divididos em dois grupos, com base em sua forma de regulação da temperatura corporal: endotérmicos e ectotérmicos. Vamos conhecer a diferença entre estes dois grupos.

Endotérmicos e ectotérmicos

As pessoas, ursos polares, pinguins e marmotas, assim como a maioria das aves e mamíferos, são animais endotérmicos. Iguanas e cascavéis, como a maioria dos outros répteis - juntamente com a maioria dos peixes, anfíbios e invertebrados - são animais ectotérmicos.

Os animais endotérmicos geram a maior parte do calor que necessitam internamente. Quando está frio, eles aumentam a produção de calor metabólico para manter sua temperatura corporal constante. Por isso, a temperatura interna do corpo de um endotérmico é mais ou menos independente da temperatura do ambiente.

A soma total das reações bioquímicas que ocorrem em um organismo é chamada de metabolismo. As reações metabólicas envolvem a quebra de moléculas combustíveis, tais como açúcares, e a utilização da energia armazenada nestas moléculas para fazer o trabalho. Os processos que convertem a energia armazenada em moléculas de alimento para o trabalho biológico não são muito eficientes, de modo que calor é gerado como subproduto.

Quanto maior a taxa metabólica de um organismo— quantidade de combustível químico que ele queima em um determinado período de tempo—mais calor ele produzirá.

Então, ao se expor um endotérmico a temperaturas externas mais frias, haverá um aumento da sua taxa metabólica, queima de mais combustível e produção de calor extra para manter sua temperatura corporal constante.

Este padrão é mostrado no gráfico abaixo: o rato mantem uma temperatura constante próxima a

37^{\circ} C

ao longo da ampla faixa de temperatura externa.

Crédito da imagem: diagrama baseado nos dados de Cannon e Nedergaard

^{1}

, Figura 2, e figura similar em Purves et al.

^{2}

Por outro lado, a temperatura corporal dos ectotérmicos depende principalmente das fontes externas de calor. Isto é, a temperatura corporal do ectotérmico sobe ou desce conforme a temperatura do ambiente circundante. Embora gerem algum calor metabólico —como todos os seres vivos— os ectotérmicos não conseguem elevar sua produção de calor para manter uma temperatura interna específica.

Crédito da imagem: diagrama baseado na Figura 1 do gráfico teórico de Meek

^{3}

e Figura 1 de Akin

^{4}

Na verdade, a maioria dos ectotérmicos regula sua temperatura corporal em algum grau. Eles só não o fazem produzindo calor. Em vez disso, eles usam outras estratégias, como o comportamento—buscar o sol, sombra, etc.— para encontrar ambientes cujas temperaturas sejam compatíveis com as suas necessidades.

Algumas espécies tornam tênue a linha entre os endotérmicos e ectotérmicos. Os animais que hibernam, por exemplo, são endotérmicos quando estão ativos mas assemelham-se aos ectotérmicos quando estão hibernando. Grandes peixes como o atum e tubarões geram e conservam calor suficiente para aumentar sua temperatura corporal acima da água circundante, mas ao contrário de um verdadeiro endotérmico, eles não mantêm uma temperatura corporal específica. Até mesmo alguns insetos podem usar o calor metabólico para aumentar a temperatura corporal contraindo os músculos do voo!

^{5, 6, 7}

Outro ponto importante: como regra geral, os endotérmicos têm taxas metabólicas consideravelmente maiores que os ectotérmicos. Isso se deve ao fato de eles precisarem queimar grandes quantidades de combustível —alimento— para manter sua temperatura corporal interna.

Por que regular a temperatura?

Há alguns limites básicos da temperatura de sobrevivência para a maioria dos animais. Em uma extremidade, a água congela a

32^{\circ} F

0^{\circ} C

para formar gelo. Se cristais de gelo se formarem no interior de uma célula, geralmente eles romperão suas membranas. Na outra extremidade, as enzimas e outras proteínas celulares normalmente começam a perder sua função e estrutura, ou se desnaturar, em temperaturas acima de

104^{\circ} F

40^{\circ} C

^{8}

Por que muitos organismos — incluindo eu e você — mantêm a temperatura corporal em um intervalo mais estreito do que isso? A taxa das reações químicas muda com a temperatura porque a temperatura afeta a taxa de colisões entre as moléculas e também porque as enzimas que controlam as reações são sensíveis à temperatura. As reações tendem a ser mais rápidas com a temperatura mais elevada até certo ponto, além disso a taxa cai acentuadamente conforme as enzimas se desnaturam.

Cada espécie tem sua própria rede de reações metabólicas e conjunto de enzimas, que são otimizados em uma determinada faixa de temperatura. Mantendo a temperatura do corpo nesse intervalo de interesse, os organismos certificam-se de que suas reações metabólicas sejam executadas corretamente.

Equilíbrio da temperatura

Tanto para os endotérmicos como para os ectodérmicos, a temperatura corporal depende do equilíbrio entre o calor gerado pelo organismo e o calor trocado com — perdido para ou adquirido do — ambiente.

O calor sempre se move dos objetos mais quentes para os mais frios, conforme descrito na Segunda Lei da Termodinâmica.

Existem três maneiras principais que um organismo pode trocar calor com o seu ambiente: radiação, condução — juntamente com convecção — e evaporação.

Radiação: A radiação é a transferência de calor de um objeto mais quente para um mais frio por radiação infravermelha, isto é, sem contato direto.
Condução: O calor pode ser transferido entre dois objetos em contato direto por meio da condução. A condução de calor entre a pele e o ar ou água circundante é feita pela convecção, na qual o calor é transferido por meio do ar ou líquido em movimento.
Veja alguns exemplos:
Condução: Se você segurar um cubo de gelo, você perderá calor para o gelo por meio da condução. Por outro lado, se você andar descalço na pedra em um dia ensolarado, você absorverá o calor da pedra por condução.
Convecção: O vento ajuda a mover o ar para longe do seu corpo por convecção, trazendo ar novo e mais fresco, aumentando assim a transferência de calor da pele para o ar. Isso nos faz sentir mais frio quando está ventando, algo que conhecemos como vento frio.
Evaporação: A vaporização da água de uma superfície leva à perda de calor — por exemplo, quando o suor evapora da sua pele. Para saber mais por que isso acontece, assista ao vídeo Por que suar refresca?.

Como organismos controlam a produção e troca de calor para manter uma temperatura interna saudável? Responderemos exatamente essa pergunta no próximo artigo sobre estratégias de regulação de temperatura.

Teste seu conhecimento: gráficos da taxa metabólica

O gráfico abaixo mostra a taxa metabólica como uma função da temperatura externa para dois animais: um endotérmico e outro ectotérmico.

Crédito da imagem: figura baseada em Hiebert e Noveral

^{9}

, Figura 1

Qual curva representa o endotérmico? Qual curva representa o ectotérmico?

(Escolha A)
A curva $A$ ‍ representa o endotérmico; a curva $B$ ‍ representa o ectotérmico.
(Escolha B)
A curva $A$ ‍ representa o ectotérmico; a curva $B$ ‍ representa o endotérmico.
(Escolha C)
Ambas as curvas representam ectotérmicos.
(Escolha D)
Não temos informações suficientes para afirmar.

Podemos usar o que sabemos sobre como os endotérmicos e ectotérmicos mantêm a temperatura corporal para descobrir qual linha corresponde a cada animal.

Para começar, vamos "interpretar" o eixo Y do gráfico. O consumo de oxigênio é uma medida comum da taxa metabólica, porque o gás

O_{2}

é consumido quando as moléculas de combustível são quebradas durante a respiração celular. Quanto mais rápido um organismo consome oxigênio, maior é a sua taxa metabólica. Também poderíamos medir a produção de

{CO}_{2}

ou a produção de calor para determinar a taxa metabólica.

Então, qual curva representa o endotérmico? Os endotérmicos aumentam sua taxa metabólica conforme a temperatura cai, produzindo mais calor e portanto mantendo sua temperatura interna elevada. A única curva que sobe conforme a temperatura cai é a curva superior — a curva azul

A

— então é o endotérmico.

Crédito da imagem: baseada em Hiebert e Noveral

^{12}

, Figura 1, e Purves et al.

^{2}

A parte plana da curva corresponde à zona termoneutra — intervalo da temperatura externa no qual o endotérmico não precisa gastar energia extra além da taxa metabólica basal, ou de repouso, para manter a temperatura corporal. O aumento da taxa metabólica em temperaturas mais altas representa o gasto de energia para tentar esfriar o corpo e/ou o aquecimento dos tecidos quando os sistemas de refrigeração falham.

^{9}

A curva restante — a curva vermelha

B

— é o ectotérmico. A taxa metabólica do ectotérmico não somente diminui consideravelmente mais que o endotérmico, mas também cai conforme a temperatura externa diminui — padrão oposto do endotérmico. Isso é porque as reações bioquímicas tendem a desacelerar a baixas temperaturas, como no corpo de um ectotérmico quando a temperatura externa diminui.

Crédito da imagem: baseada em Hiebert e Noveral

^{12}

, Figura 1, e Purves et al.

^{2}

Este artigo está autorizado sob licença CC BY-NC-SA 4.0.

Trabalhos citados

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