Las microestufas de los pájaros

Juan Ignacio Pérez Iglesias, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Muchas veces, cuando estoy leyendo o trabajando, levanto la vista del libro o de la pantalla y miro al exterior para descansar. A veces miro a lo lejos, hacia las cumbres del Pagasarri, que me señala el sur, o del Ganekogorta, muy próximo al anterior y el más alto a mi vista. Otras, contemplo a los gorriones y a otros pajarillos que visitan la terraza, y van de un lado para otro dando pequeños saltos.

En los días fríos, desapacibles, a menudo lluviosos, tan frecuentes en nuestros inviernos y comienzos de primavera, los gorriones aparentan haber engordado de repente, de un día para otro. Parecen pelotas de tenis con pico y patas. Solo lo parecen: ese aspecto no tiene nada que ver con que estén más o menos gordos, con que tengan más o menos depósitos de grasa.

Su aspecto esférico es el resultado de cómo disponen el plumaje. Expanden plumas y plumones y generan así, alrededor de su cuerpo, una amplia capa de aire. Evitan de esa forma perder demasiado calor, porque el aire es mal conductor térmico. Además, la forma esférica es la que menos superficie expone al exterior, por lo que minimiza también así su fuga. No es casual que se recurra a las plumas para rellenar el interior de fundas de ropa de abrigo o de cama: el aire que retienen en su interior es la mejor garantía de un excelente aislamiento. Imitamos, sí, a las aves.

Los gorriones y otros pajarillos son muy pequeños, por lo que tienen, en proporción a su masa, una superficie corporal muy grande, mayor que la de los animales grandes. Por esa razón los pequeños tienden a perder más calor que los grandes. Por ello, contar con un buen aislamiento térmico en caso de necesidad es especialmente importante en estos animales. Otros, sin ser tan pequeños, nos las arreglamos a base de poner y quitar ropa pero, puestos a aislar, pocos materiales son tan eficaces como las plumas de las aves.

Los pajarillos no solo se defienden del frío aislándose con el plumaje. Si, a pesar de ese aislamiento tan sofisticado, corren el riesgo de sufrir un descenso de su temperatura corporal, pueden recurrir a producir más calor de origen metabólico.

Hasta la fecha se sabía que los músculos del vuelo de algunas aves, además de aumentar de tamaño, elevan su intensidad metabólica en invierno. También sabíamos que la capacidad para elevar la tasa metabólica máxima determina la de vivir en lugares fríos. Pero hay más: las mitocondrias de los glóbulos rojos y, probablemente, otros tejidos de algunas especies, elevan su metabolismo activando vías específicamente termogénicas.

El símil hidroeléctrico

Vayamos por partes. En efecto, los glóbulos rojos de las aves, a diferencia (salvo excepciones) de los de mamíferos, tienen mitocondrias. Las mitocondrias son pequeños orgánulos en los que la energía de los sustratos energéticos se transforma, normalmente, en energía química en forma de trifosfato de adenosina (ATP), que es la molécula que se utiliza para hacer trabajo biológico. En la mayoría de las células con metabolismo aerobio, las mitocondrias utilizan oxígeno para completar el catabolismo de sustratos energéticos. En bioquímica y fisiología decimos que el oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena respiratoria mitocondrial; por eso necesitamos respirar oxígeno para vivir. Como consecuencia, se producen CO₂ y H₂O.

La secuencia que conduce a ese final se asemeja a la forma en que la energía potencial se transforma en energía eléctrica en una central hidroeléctrica. Para empezar, hay un paso muy importante: la energía que procede de los sustratos se utiliza para acumular protones (H+) en el espacio entre las membranas interior y exterior de la mitocondria (sí, estos orgánulos tienen dos membranas y un espacio entre ambas). Se genera así una diferencia de concentración de protones muy grande entre ese espacio y el interior (la matriz) mitocondrial. Esa acumulación de protones sería análoga al proceso que conduce a que se acumule agua en el embalse, por la aportación, en última instancia, de la energía solar que, primero, la evapora, y después impulsa los vientos que la elevan hasta que condensa y precipita en zonas altas.

En las células “normales”, los protones (el agua en la presa) retornan a la matriz mitocondrial (el agua en el cauce) a través de la sintetasa de ATP (la turbina), que es la enzima que cataliza la síntesis de ATP (producción de energía eléctrica). Ese dispositivo utiliza el movimiento de protones (la caída del agua) a favor de gradiente electroquímico como fuente de energía para sintetizar ATP (generar energía eléctrica). Decimos, por ello, que la síntesis de ATP está acoplada al flujo de protones (la generación eléctrica está acoplada a la caída del agua).

Pero en ciertos tejidos hay mitocondrias que contienen termogeninas, que son unas proteínas que conducen a los protones a su través (porque son canales de protones) para retornar a la matriz, pero su movimiento a favor de gradiente electroquímico no está acoplado a ningún otro proceso que utilice la energía que se libera, sino que se disipa en forma de calor. Esto es análogo a lo que ocurre en la central hidroeléctrica cuando el agua cae de la presa al cauce inferior a través de un aliviadero (la termogenina), sin pasar por la turbina. Lo que en una mitocondria normal es una transformación de la energía inherente al gradiente electroquímico de protones, se convierte en una transformación en la que el resultado es otra forma de energía: calor. Cuando ocurre eso decimos que el flujo de protones se desacopla de la producción de ATP, y a las proteínas que lo permiten las llamamos proteínas desacoplantes o, como antes hemos dicho, termogeninas, por la producción de calor que propician.

Un truco que también utilizan los mamíferos

Así pues, las mitocondrias de los glóbulos rojos de los pájaros que nos ocupan elevan su metabolismo de manera que el flujo de protones que, en circunstancias normales, alimentaría la producción de ATP, se desacopla, y la energía se disipa en forma de calor. Es el mismo “truco” que utiliza la grasa parda (o marrón) de los mamíferos, ese tejido lleno de capilares sanguíneos y mitocondrias que sirve para mantener caliente el cuerpo de los bebés humanos, el de los cetáceos, y para producir el calor que necesitan los mamíferos hibernantes en sus despertares.

En un estudio con el herrerillo (Cyanistes caeruleus), el carbonero común (Parus major) y el carbonero garrapinos (Periparus ater) han encontrado que, en especial los dos carboneros, elevan el volumen y la respiración mitocondrial de los eritrocitos en la transición de otoño a invierno, y que ese aumento del metabolismo no conduce a una mayor síntesis de ATP, sino que refleja un desacoplamiento del transporte de electrones de aquella síntesis. De esta forma, y dado que ese desacoplamiento surte efecto termogénico, la consecuencia es una mayor producción de calor. Compensa así la mayor pérdida en invierno.

Bien mirado, es lógico que los pajarillos dispongan de herramientas como esa. Dado su pequeño tamaño, un abrigo excelente no es suficiente para mantenerse calientes. Necesitan además una estufita interior. Los glóbulos rojos cumplen esa función; son microestufas circulantes, llevan el calor allí donde se necesita.

Una versión de este artículo fue originalmente publicada en el Cuaderno de Cultura Científica de la UPV/EHU.

Juan Ignacio Pérez Iglesias, Presidente del Comité Asesor de The Conversation España. Catedrático de Fisiología, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.