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Por qué el metabolismo de base varía con la masa
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Por qué el metabolismo de base varía con la masa

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 de base de un organismo varía según 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 20º 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 unas asombrosas 70 calorías 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 de bases de diferentes tamaños de perros en 1883. Rubner sugirió que lo que causaba el fenómeno era el calor que se perdía a través de la piel. La superficie de la piel varía según el tamaño del animal al cuadrado, mientras que su volumen varía según el tamaño en cubos, lo que implicaría que el metabolismo de la base B varía proporcionalmente a la masa elevada a la potencia de 2/3, M2 / 3. Sin embargo, en 1932, las mediciones que el biólogo suizo Max Kleiber realizó para mamíferos de una mayor gama de masas, incluidos bueyes y ratas, parecían 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 para esta figura encendió un debate intenso durante décadas que aparentemente llegó a su fin 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 distribución de recursos del organismo, como los sistemas circulatorio o respiratorio. Medir 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 punto de que en algunos grupos de animales, como aves pequeñas 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 recientemente publicado en Informes Científicos, 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, Queen Mary University of London), Enric Valor (Departamento de Termodinámica de la Universitat de València) y Andrés Moya (Integrative and Systems Biology-UV / CSIC, en el Parc Científic), han encontrado la pieza que completa el rompecabezas de un modelo teórico Astrofísica. "Mientras escribíamos el libro 'Fractales y caos', donde hablamos sobre la ley de Kleyber, nos dimos cuenta de que el modelo fractal de West y Co. no encajaba. La explicación térmica parecía más natural, pero la parte energética que no "Disipar como el calor, había que tenerlo en cuenta", explica Fernando Ballesteros. "Vicent y yo agregamos esto al método térmico y vimos que los datos encajaban perfectamente con nuestra teoría. Inmediatamente, Andrés se dio cuenta de que nuestro modelo era un trueque, un intercambio evolutivo, y lo perfeccionamos juntos. Enric dio solidez al método térmico después el intercambio, y Bartolo y Lucas expandieron 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 mínimo consumo 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, para apoyar al organismo y permitir que funcione. Si toda la energía se transformara en calor, el consumo de hecho sería igual a una potencia de 2/3, pero entonces nos referiríamos a un calentador en lugar de a un organismo. Por otro lado, si toda la energía se consumiera de manera eficiente, el consumo sería directamente proporcional al número de células, es decir, a 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, uno proporcional a la masa M y otro a M2 / 3 - en otras palabras, B = aM + bM2 / 3 - explica la curva en el metabolismo de base de mamíferos y las diferentes relaciones encontradas entre diferentes grupos de animales, pero también las diferencias metabólicas entre los animales desérticos y polares, o incluso para el metabolismo de las plantas.


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