De thermoregulerende ectotherm

Door Jake Zadik, voormalig communicatiestagiaire bij The Ocean Foundation die nu in Cuba studeert.

Dus, vraag je, wat is een thermoregulerende ectotherm? Het woord "ectotherm" verwijst naar dieren die over het algemeen een lichaamstemperatuur hebben die vergelijkbaar is met die van hun omgeving. Ze kunnen hun lichaamstemperatuur niet intern regelen. Mensen noemen ze vaak 'koelbloedig', maar deze term leidt mensen vaker wel dan niet af. Ectothermen omvatten reptielen, amfibieën en vissen. Deze dieren hebben de neiging om te gedijen in warmere omgevingen. Aanhoudende energieproductie van een warmbloedig (zoogdier) en een koudbloedig (reptiel) dier als functie van de kerntemperatuur.

"Thermoregulatie" verwijst naar het vermogen van dieren om hun interne temperatuur te behouden, zonder rekening te houden met de temperatuur. Als het buiten koud is, hebben deze organismen het vermogen om warm te blijven. Als het buiten warm is, hebben deze dieren het vermogen om zichzelf af te koelen en niet oververhit te raken. Dit zijn de "endothermen", zoals vogels en zoogdieren. Endothermen hebben het vermogen om een ​​constante lichaamstemperatuur te behouden en worden ook wel homeothermen genoemd.

Dus op dit punt realiseer je je misschien dat de titel van deze blog eigenlijk een tegenstrijdigheid is - een organisme dat zijn lichaamstemperatuur niet kan regelen, maar in feite het vermogen heeft om zijn lichaamstemperatuur actief te reguleren? Ja, en het is inderdaad een heel bijzonder wezen.

Dit is zeeschildpaddenmaand bij The Ocean Foundation, daarom heb ik ervoor gekozen om te schrijven over de lederschildpadzeeschildpad en zijn speciale thermoregulatie. Volgonderzoek heeft aangetoond dat deze schildpad trekroutes over oceanen heeft en constante bezoekers is van een breed scala aan habitats. Ze migreren naar de voedselrijke, maar zeer koude wateren tot in het noorden van Nova Scotia, Canada, en hebben broedplaatsen in tropische wateren in het hele Caribisch gebied. Geen enkel ander reptiel tolereert actief zo'n breed scala aan temperatuuromstandigheden - ik zeg actief omdat er reptielen zijn die temperaturen onder het vriespunt tolereren, maar dit doen in een winterslaap. Dit heeft jarenlang herpetologen en mariene biologen gefascineerd, maar recenter is ontdekt dat deze enorme reptielen hun temperatuur fysiek reguleren.

…Maar het zijn ectothermen, hoe doen ze dit??…

Ondanks dat ze qua formaat vergelijkbaar zijn met een kleine compacte auto, hebben ze niet het ingebouwde verwarmingssysteem dat standaard wordt geleverd. Toch speelt hun grootte een belangrijke rol bij hun temperatuurregulatie. Omdat ze zo groot zijn, hebben lederschildpadden een lage verhouding tussen oppervlak en volume, waardoor de kerntemperatuur van de schildpad veel langzamer verandert. Dit fenomeen wordt "gigantothermie" genoemd. Veel wetenschappers geloven dat dit ook een kenmerk was van veel grote prehistorische dieren tijdens het hoogtepunt van de ijstijd en dat het uiteindelijk leidde tot hun uitsterven toen de temperatuur begon te stijgen (omdat ze niet snel genoeg konden afkoelen).

De schildpad is ook ingepakt in een laag bruin vetweefsel, een sterk isolerende vetlaag die het meest voorkomt bij zoogdieren. Dit systeem heeft de mogelijkheid om meer dan 90% van de warmte in de kern van het dier vast te houden, waardoor het warmteverlies door de blootgestelde ledematen wordt verminderd. In wateren met hoge temperaturen gebeurt precies het tegenovergestelde. De frequentie van de flipperslag neemt dramatisch af en het bloed beweegt vrij naar de ledematen en verdrijft warmte door de gebieden die niet bedekt zijn met het isolerende weefsel.

Lederschildpadden zijn zo succesvol in het reguleren van hun lichaamstemperatuur dat ze een constante lichaamstemperatuur van 18 graden boven of onder de omgevingstemperatuur kunnen handhaven. Dat is zo ongelooflijk dat sommige onderzoekers beweren dat omdat dit proces metabolisch tot stand komt, lederschildpadden in feite endotherm zijn. Dit proces wordt echter niet anatomisch uitgevoerd, daarom suggereren de meeste onderzoekers dat dit op zijn best een kleine versie van endothermie is.

Lederschildpadden zijn niet de enige mariene ectothermen die dit vermogen bezitten. Blauwvintonijn heeft een uniek lichaamsontwerp dat hun bloed in de kern van hun lichaam houdt en heeft een vergelijkbaar tegenstroomwarmtewisselaarsysteem als de lederschildpad. Zwaardvissen houden warmte vast aan hun kop door een vergelijkbare isolerende bruine vetweefsellaag om hun zicht te vergroten bij het zwemmen in diep of koud water. Er zijn ook andere reuzen van de zee die bij een langzamer proces warmte verliezen, zoals de grote witte haai.

Ik denk dat thermoregulatie slechts één ongelooflijk fascinerend kenmerk is van deze prachtige majestueuze wezens met zoveel meer dan op het eerste gezicht lijkt. Van de kleine kuikens die hun weg naar het water vinden tot de steeds rondzwervende mannetjes en de terugkerende nestelende vrouwtjes, veel over hen is nog onbekend. Onderzoekers weten niet zeker waar deze schildpadden de eerste jaren van hun leven doorbrengen. Het blijft een mysterie hoe deze grote afstandreizende dieren met zo'n precisie navigeren. Helaas leren we over zeeschildpadden in een tempo dat veel langzamer is dan de snelheid waarmee hun populatie afneemt.

Uiteindelijk zal het onze vastberadenheid moeten zijn om te beschermen wat we weten, en onze nieuwsgierigheid naar de mysterieuze zeeschildpadden die zullen leiden tot sterkere inspanningen voor natuurbehoud. Er is zoveel onbekend over deze fascinerende dieren en hun voortbestaan ​​wordt bedreigd door het verlies van broedstranden, plastic en andere vervuiling in de zee, en toevallige bijvangst in visnetten en beuglijnen. Help ons op Stichting Oceaan steun degenen die zich inzetten voor onderzoek naar zeeschildpadden en inspanningen voor natuurbehoud via ons Sea Turtle Fund.

Referenties:

1. Bostrom, Brian L. en David R. Jones. “Oefening verwarmt lederrug voor volwassenen
2. Schildpadden.”Vergelijkende biochemie en fysiologie Deel A: Moleculaire en integratieve fysiologie 147.2 (2007): 323-31. Afdrukken.
3. Bostrom, Brian L., T. Todd Jones, Mervin Hastings en David R. Jones. "Gedrag en fysiologie: de thermische strategie van lederschildpadden." Ed. Lewis George Halsey. PLoS ONE 5.11 (2010): E13925. Afdrukken.
4. Goff, Gregory P. en Garry B. Stenson. "Bruin vetweefsel in lederschildpadden: een thermogeen orgaan in een endotherm reptiel?" Copeia 1988.4 (1988): 1071. Afdrukken.
5. Davenport, J., J. Fraher, E. Fitzgerald, P. Mclaughlin, T. Doyle, L. Harman, T. Cuffe en P. Dockery. "Ontogenetische veranderingen in de tracheale structuur vergemakkelijken diepe duiken en foerageren in koud water bij volwassen lederschildpadden." Journal of Experimental Biology 212.21 (2009): 3440-447. Afdrukken
6. Penick, David N., James R. Spotila, Michael P. O'Connor, Anthony C. Steyermark, Robert H. George, Christopher J. Salice en Frank V. Paladino. "Thermische onafhankelijkheid van spierweefselmetabolisme bij de lederschildpad, Dermochelys Coriacea." Vergelijkende biochemie en fysiologie Deel A: Moleculaire en integratieve fysiologie 120.3 (1998): 399-403. Afdrukken.