La termoregolazione

La termoregolazione

Articolo di Gabriele La Malfa

La termoregolazione può essere definita come la capacità di un organismo vivente di regolare la propria temperatura, ovvero come l’insieme dei meccanismi fisiologici atti a regolarne la temperatura interna. Nel mondo animale, in rapporto alla capacità di termoregolazione, si identificano due macro categorie, gli endotermi e gli ectotermi.

Prima di entrare nello specifico sarà opportuno fare un po’ di “storia”:
i primi termini usati per distinguere le due macro categorie furono “animali a sangue caldo” e “animali a sangue freddo“. Oggi tali termini risultano tanto arcaici quanto inesatti, tuttavia, non di rado, vengono ancora utilizzati per identificare genericamente le due categorie. La loro genesi derivava dall’erronea convinzione che la temperatura corporea degli organismi fosse regolata, e dipendesse direttamente, dal sangue, “caldo” in alcuni e “freddo” in altri.
Aumentando le conoscenze scientifiche e i mezzi tecnologici, suddetta credenza venne confutata e furono coniati altri due termini per identificare i due gruppi, omeotermia e pecilotermia.
Gli animali vennero divisi tra quelli che avevano poche variazioni di temperatura corporea nell’arco della vita (animali omeotermi) e tra quelli che avevano grandi variazioni di temperatura nell’arco della vita (animali pecilotermi).
Con l’ulteriore progredire delle conoscenze scientifiche e dei mezzi tecnologici, ci si rese conto di come anche questi due termini fossero in parte inesatti, infatti misurando la temperatura corporea, durante il letargo, di animali considerati omeotermi (ad esempio gli orsi, i ricci e i pipistrelli), si registrò un’apprezzabile diminuzione della stessa nel periodo del letargo.
Oggi, in virtù delle varie scoperte fatte, le due macro categorie sono divise in animali in grado di regolare la temperatura corporea principalmente con meccanismi endogeni* (animali endotermi) ed animali in grado di regolare la temperatura corporea principalmente con meccanismi esogeni** (animali ectotermi).

Endotermia: è la condizione per cui un organismo è capace di regolare la temperatura mediante la produzione di calore metabolico interno (le cellule aumentando il proprio metabolismo sono in grado di produrre calore). Fanno parte di questa categoria i mammiferi e gli uccelli.

Ectotermia: è la condizione per cui la temperatura corporea di un organismo dipende dall’ambiente esterno. Fanno parte di questa categoria gli invertebrati, gli anfibi, i pesci e i rettili.

Interessante notare che, malgrado il senso comune possa far credere altrimenti, spesso il metabolismo più complesso non è quello degli animali endotermi, ma quello degli animali ectotermi. Infatti mentre in animali a “temperatura corporea costante” ci sono meno condizioni interne “variabili”, in animali dove la temperatura corporea muta in base all’ambiente possono essere richiesti, per una stessa reazione chimica, vari enzimi operanti a diversi livelli di temperatura.

La termoregolazione, sia negli animali endotermi che in quelli ectotermi, si basa sull’equilibrio tra quantità di calore prodotto (termogenesi) e quantità di calore perduto (termo-dispersione); ciò che si differenzia, ovviamente, sono i meccanismi alla base dei vari processi.

Negli animali superiori la termoregolazione è sotto il controllo di centri termoregolatori situati nel sistema nervoso centrale, coadiuvati dai segnali dei ricettore per il calore situati su tutto il corpo.
Nel caso i centri nervosi registrino un discostamento dalla temperatura ottimale , tutta una serie di risposte somatiche, endocrine, comportamentali e neurovegetative vengono messe in atto per ripristinare (per quanto possibile) le condizioni ottimali.
I segnali di termoregolazione sono essenzialmente di due tipi, segnale centrale (temperatura del sangue circolante) e segnale periferico (termo-ricettori superficiali e profondi che raggiungono il sistema nervoso centrale attraverso i nervi sensitivi).


I principali meccanismi di termogenesi negli endotermi sono:
• l’accelerazione metabolica delle cellule indotta dalla secrezione di ormoni quali, ad esempio, l’adrenalina, la noradrenalina e la tireotropina;
• il rapido movimento muscolare involontario, atto a generare energia cinetica e quindi calore (i così detti “brividi”);
• alcuni meccanismi comportamentali, come l’aumento dell’attività fisica con conseguente produzione di calore.

I principali meccanismi di termo-dispersione (ossia quei meccanismi che limitano o aumentano la perdita di calore) negli endotermi sono:
• la vasocostrizione dei capillari prossimi alla cute, atta a limitare la dispersione di calore;
• la vasodilatazione dei capillari prossimi alla cute, atta ad aumentare la dispersione di calore;
• la copertura isolante data da strati di grasso, sopra e sotto l’epidermide;
• il sudore, liquido ipotonico prodotto dalle ghiandole sudoripare della pelle, con funzione di diminuire la temperatura corporea sfruttando il passaggio dell’acqua da liquida a gassosa (tipico dei mammiferi);
• la copertura isolante data da specifiche formazioni cutanee (piume negli uccelli e peli nei mammiferi), che contribuisce ad isolare la pelle dall’ambiente esterno;
• l’ansimo, ovvero la dispersione di calore attraverso l’evaporazione dell’acqua dalla bocca, particolarmente sviluppato in quei mammiferi con folta pelliccia e scarse ghiandole sudoripare;
• alcuni meccanismi comportamentali, come il raggomitolarsi su se stessi per limitare la dispersione di calore (diminuzione della superficie di scambio) o il mettersi all’ombra quando fa troppo caldo.


Passando agli ectotermi, i principali meccanismi di termogenesi sono:
• l’accumulo di calore e l’aumento della temperatura tramite l’esposizione diretta al sole (assorbimento di calore per irraggiamento);
• il movimenti di particolari strutture corporee, che producendo energia cinetica generano calore (ad esempio gli insetti riscaldano i muscoli vibrando le ali);

I principali meccanismi di termo-dispersione negli ectotermi sono:
• alcuni meccanismi comportamentali, come il portarsi vicino a fonti di calore o in zone d’ombra a seconda delle condizioni ambientali. I pesci, ad esempio, variano la profondità in rapporto alla temperatura dell’acqua;
• la gigantotermia, detta anche “omeotermia ectotermica”, ovvero il processo evolutivo di aumento delle dimensioni e del compattamento della forma del corpo al fine di conservare meglio il calore. La riduzione del rapporto fra volume del corpo e superficie esposta all’ambiente preserva, almeno in parte, la temperatura corporea da quella ambientale (un esempio sono le tartarughe marine).


In conclusione, volendo tirare le somme, è meglio l’endotermia o l’ectotermia? Una domanda lecita che potrebbe sorgere a molti, ma che, in realtà, non è del tutto sensata; infatti si deve tenere conto del contesto, ad esempio, in ambienti freddi gli animali endotermi sono sicuramente avvantaggiati, mentre in zone calde/desertiche sono gli ectotermi ad avere più vantaggi.
Alla fine, più che un confronto diretto tra le due categorie, sarà utile vedere i vantaggi e gli svantaggi di ognuna di esse.

Vantaggi dell’endotermia:
• maggiore velocità metabolica;
• minore dipendenza dalle temperature esterne (capacità di colonizzare ambienti più freddi);
• maggiore rendimento fisico (soprattutto in resistenza).
Svantaggi dell’endotermia:
• elevata richiesta/necessità di cibo con scarsa resistenza al digiuno;
• minore durata media della vita.

Vantaggi dell’ectotermia:
• bassa richiesta energica a livello metabolico in caso di temperature ottimali;
• capacità di resistere a lunghi periodi di digiuno (richiesta metabolica piuttosto bassa);
• maggiore durata media della vita.
Svantaggi dell’ectotermia:
• maggiore vulnerabilità alle variazioni di temperatura, incapacità di vivere in ambienti freddi;
• minore rendimento fisico (soprattutto in resistenza).

*endogeno, che viene generato o si sviluppa all’interno (derivante da fattori interni all’organismo);
**esogeno, che viene generato o si sviluppa all’esterno (derivante da fattori esterni all’organismo).
lucertola siciliana

Una Podarcis waglerianus (lucertola siciliana) mentre regola la propria temperatura corporea usufruendo della radiazione solare.

sudore

Il sudore è un efficiente meccanismo per dissipare il calore corporeo in eccesso, prodotto, ad esempio, durante un’intensa attività fisica.

 

Rispondi