چرا سمورها در آب سرد گرم می مانند؟

زندگی در سرما برای حیوانات دشوار است. وقتی بدن سرد می شود، اندام ها از جمله مغز و ماهیچه ها ضعیف می شوند. دمای بدن حیواناتی مانند خزندگان و دوزیستان بیشتر به دمای محیط آنها بستگی دارد، اما پستانداران می توانند متابولیسم خود را افزایش دهند و انرژی بیشتری برای گرم نگه داشتن بدن خود صرف کنند. این به آنها اجازه می دهد در مناطق خنک تر زندگی کنند و در شب یا در ماه های زمستان که دما کاهش می یابد فعال باشند.

اگرچه دانشمندان می دانند که پستانداران می توانند متابولیسم خود را در سرما افزایش دهند، اما مشخص نیست که کدام اندام ها یا بافت ها از این انرژی اضافی برای تولید گرمای بیشتر استفاده می کنند. گرم ماندن مخصوصاً برای پستانداران آبزی کوچک مانند سمورهای دریایی دشوار است. بنابراین محققان می خواستند بدانند چگونه از سرما جان سالم به در بردند. برای تحقیقات جدید، چندین متخصص در زمینه متابولیسم انسان و پستانداران دریایی همکاری کرده اند. هایدی پیرسون از دانشگاه جنوب شرقی آلاسکا و مایک موری از آکواریوم خلیج مونتگومری در این گروه حضور داشتند.

درک مصرف انرژی حیواناتی که با زندگی در شرایط سرد سازگار شده اند نیز می تواند اطلاعاتی را برای پردازش متابولیسم انسان فراهم کند.

سمور متابولیسم

گرم ماندن به خصوص برای پستاندارانی که در آب زندگی می کنند دشوار است زیرا آب سریعتر از هوا گرما را از بدن دفع می کند. اکثر پستانداران دریایی دارای جثه بزرگ و لایه ضخیم چربی هستند که به عنوان عایق عمل می کند.

سمورهای دریایی کوچکترین سمورهای دریایی هستند و این لایه ضخیم چربی را ندارند. در عوض، آنها با خز عایق بندی شده اند که بیشترین تراکم را در بین پستانداران دارد (یک میلیون مو در هر 5.6 سانتی متر مربع). با این حال، خز نیاز به مراقبت بالایی دارد و باید به طور منظم تمیز شود. حدود 10 درصد از فعالیت روزانه سمورها صرف محافظت از لایه عایق هوا در پوست آنها می شود.

خز تنگ به تنهایی برای گرم نگه داشتن شومینه کافی نیست. برای تولید گرمای کافی بدن، متابولیسم آرام آنها حدود سه برابر بیشتر از متابولیسم پستانداران هم اندازه است. با این حال، این نرخ بالای متابولیسم گران است.

خارپشت های دریایی باید هر روز بیش از 20 درصد وزن بدن خود را بخورند تا انرژی کافی برای رفع نیازهای بالای خود داشته باشند. در مقابل، افراد حدود دو درصد از وزن بدن خود را می خورند. (تقریباً 1/3 کیلوگرم غذا برای هر نفر در روز حدود 70 کیلوگرم وزن دارد.)

_{سمورهای دریایی خرچنگ داندی را در خلیج مونتری، کالیفرنیا می خورند}

گرما از کجا می آید؟

وقتی حیوانات غذا می‌خورند، سلول‌های بدن نمی‌توانند مستقیماً از انرژی غذا برای انجام وظایف خود استفاده کنند. در عوض، غذا به غذاهای ساده تری مانند چربی ها و قندها تقسیم می شود. سپس این مواد مغذی از طریق جریان خون منتقل شده و توسط سلول های بدن جذب می شوند.

در داخل سلول جزئی به نام میتوکندری وجود دارد که در آن مواد مغذی به ATP، یک مولکول پر انرژی که به عنوان منبع انرژی استفاده می شود، تبدیل می شود.

فرآیند تبدیل مواد مغذی به ATP مشابه فرآیند تبدیل آب ذخیره شده به برق است. هنگامی که آب از سد عبور می کند، با چرخاندن پره های متصل به ژنراتور، برق تولید می کند. اگر سد فرو بریزد، مقداری از آب (یا انرژی ذخیره شده) از بین می رود و نمی توان از آن برای تولید برق استفاده کرد. به طور مشابه، میتوکندری های ترشح شده نسبت به مواد مغذی در تولید ATP کارایی کمتری دارند. اگرچه انرژی وارد شده به میتوکندری برای انجام کار استفاده نمی شود، اما گرمایی تولید می کند که بدن بدن را گرم می کند.

تمام بافت‌های بدن انرژی مصرف می‌کنند و گرما تولید می‌کنند، اما برخی از بافت‌ها بزرگ‌تر و فعال‌تر از بقیه هستند. ماهیچه ها 30 درصد وزن بدن اکثر پستانداران را تشکیل می دهند. عضلات در حین ورزش انرژی زیادی مصرف می کنند و گرمای زیادی تولید می کنند. بدون شک این حالت را هنگام گرم کردن بدن در حین ورزش و لرزیدن در سرما تجربه کرده اید.

برای اینکه بفهمند آیا تبادل عضلانی به گرم نگه داشتن سمورها کمک می کند یا خیر، محققان نمونه های کوچکی از ماهیچه های سمور را در اندازه ها و سنین مختلف (از توله سگ های تازه متولد شده تا سمورهای بالغ) مورد مطالعه قرار دادند. آنها نمونه های عضلانی را در اتاقک های کوچکی قرار دادند که برای نظارت بر مصرف اکسیژن طراحی شده بود، که معیاری برای سنجش مصرف انرژی است.

با افزودن محلول‌های مختلف که فرآیندهای متابولیک را تحریک یا مهار می‌کنند، محققان تعیین کردند که میتوکندری چقدر انرژی برای تولید ATP مصرف می‌کند و چه مقدار انرژی می‌تواند به گرما تبدیل شود. محققان دریافتند که میتوکندری ماهیچه‌های سمور می‌تواند بسیار ریزش کند و به سمورها اجازه دهد تا گرمای داخل ماهیچه‌های خود را بدون فعالیت فیزیکی یا لرزش افزایش دهند. انرژی از دست رفته به شکل گرما به آنها کمک می کند در سرما زنده بمانند. قابل توجه است که توله سگ های تازه متولد شده توانایی متابولیسم مواد را در بزرگسالی دارند. حتی اگر ماهیچه های آنها برای شنا و شیرجه به اندازه کافی بالغ نباشد.

_{مادر عثمانی با دست به فرزندش غذا می دهد و تکه های خرچنگ را به او می دهد}

نتایج جامع

محققان می گویند مطالعه آنها به وضوح نشان می دهد که عضلات برای عملکردهای غیر حرکتی مهم هستند. از آنجایی که عضله بخش بزرگی از توده بدن را تشکیل می دهد، حتی افزایش اندک در متابولیسم عضلانی می تواند به طور قابل توجهی مصرف انرژی حیوان را افزایش دهد.

این کشف تاثیر بسزایی بر سلامت انسان دارد. اگر دانشمندان راه‌های ایمن و غیرقابل برگشت برای افزایش متابولیسم ماهیچه‌های اسکلتی در حالت استراحت پیدا کنند، پزشکان احتمالاً از آن به عنوان وسیله‌ای برای کاهش میزان افزایش چاقی با افزایش میزان کالری‌هایی که بیمار می‌سوزاند، استفاده خواهند کرد. برعکس، کاهش متابولیسم ماهیچه های اسکلتی می تواند در مصرف انرژی در بیماران مبتلا به سرطان یا سایر بیماری های ناتوان کننده صرفه جویی کند و همچنین می تواند میزان غذا و منابع مورد نیاز برای حمایت از فضانوردان در پروازهای فضایی را کاهش دهد.