Un equipo multidisciplinario de investigadores de la Universitat de València, la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad Queen Mary de Londres ha logrado resolver un rompecabezas que había desconcertado a los biólogos durante más de un siglo: cómo y por qué el metabolismo base de un organismo varía dependiendoen su masa. El metabolismo base es la energía mínima que un organismo consume para mantenerse con vida. El trabajo del grupo ha sido publicado en Scientific Reports, la variante de acceso abierto de Nature.
Un humano adulto en reposo absoluto y a una temperatura ambiente de 20 ° C consume aproximadamente una caloría por kilo y hora. Sin embargo, un elefante quema media caloría por kilo de masa en la misma cantidad de tiempo, mientras que un ratón quema un asombroso 70calorías por kilo. ¿Qué causa esta diferencia?
Una de las primeras personas en darse cuenta de este hecho fue el fisiólogo alemán Max Rubner mientras estudiaba el metabolismo base de perros de diferentes tamaños en 1883. Rubner sugirió que lo que causó el fenómeno fue el calor que se perdió a través de la piel. La superficie de la pielvaría según el tamaño del animal al cuadrado, mientras que su volumen varía según el tamaño en cubos, lo que implicaría que el metabolismo base B varía proporcionalmente a la masa elevada a la potencia de 2/3, M2 / 3. Sin embargo, en 1932, las medicionesque el biólogo suizo Max Kleiber realizó para mamíferos de un rango más amplio de masas, incluidos bueyes y ratas, parecía indicar que los cambios en el metabolismo siguieron a M3 / 4, una cifra que ahora conocemos como la ley de Kleiber.
La búsqueda de una explicación a esta figura encendió un intenso debate durante décadas que aparentemente terminó en 1997 con el modelo fractal del físico Geoffrey West et al. Este modelo explicó el exponente con la forma fractal de las redes de recursos del organismodistribución, como los sistemas circulatorio o respiratorio. La medición de la figura base de un organismo es una tarea delicada y laboriosa. A medida que el número de mediciones metabólicas aumentó al realizar mediciones en más animales, el modelo fractal comenzó a mostrar más y más inconsistencias, hasta el puntoque en algunos grupos de animales, como pequeñas aves o insectos, el exponente 3/4 no encaja. Incluso para los mamíferos, para los cuales se concibió la ley de Kleiber, los datos muestran una notable divergencia en comparación con la teoría detrás de la ley.
Ahora los autores de un artículo publicado recientemente en Scientific Reports, Fernando J. Ballesteros y Vicent J. Martínez Observatorio Astronómico de la Universitat de València-Parc Científic, Bartolo Luque ingeniero aeronáutico en el ETSI de la Universidad Politécnica de Madrid, Lucas Lacasa Facultad de Ciencias Matemáticas, Universidad Queen Mary de Londres, Enric Valor departamento de Termodinámica de la Universitat de València y Andrés Moya Biología Integrativa y de Sistemas-UV / CSIC, en el Parc Científic, han encontrado elpieza que completa el rompecabezas de un modelo teórico de Astrofísica ". Mientras escribíamos el libro 'Fractales y caos', donde hablamos de la ley de Kleyber, nos dimos cuenta de que el modelo fractal de West y compañía no encajaba. La explicación térmicaParecía más natural, pero la parte energética que no se disipa como el calor, tuvo que tenerse en cuenta ", explica Fernando Ballesteros." Vicent y yo agregamos esto al método térmico y vimos que los datos se ajustan perfectamentecon nuestra teoríaAndrés se dio cuenta de inmediato de que nuestro modelo era una compensación, un intercambio evolutivo, y lo perfeccionamos juntos.Enric le dio solidez al método térmico después del intercambio, y Bartolo y Lucas ampliaron el trabajo a seres vivos que no sean mamíferos, confirmando su poder predictivo ", concluye.
Los científicos proponen esta solución como un compromiso entre la disipación calórica pasiva y el consumo mínimo de energía del mantenimiento celular. No toda la energía que consume un organismo se transforma en calor; una parte se usa para la división celular, otra para sintetizar proteínas ... en otras palabras, paraapoye al organismo y permita que funcione. Si toda la energía se transformara en calor, el consumo sería de hecho igual a una potencia de 2/3, pero entonces nos referiríamos a un calentador en lugar de a un organismo. Por otro lado, sitoda la energía se consumía eficientemente, el consumo sería directamente proporcional al número de células, es decir, la masa M, pero parte de ella se pierde inevitablemente en forma de calor. Los organismos reales equilibran ambos extremos. La suma ponderada de ambos componentes, unoproporcional a la masa M y otra a M2 / 3 - en otras palabras, B = aM + bM2 / 3 - explica la curva en el metabolismo base de los mamíferos y las diferentes relaciones encontradas entre los diferentes grupos de animales, pero también la diferencia metabólicas entre animales del desierto y polares, o incluso para el metabolismo de las plantas.
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