Publicado por: otaodabiologia | 17/10/2008

Ursos não hibernam

É realmente incrível como conceitos errados permeiam nossas escolas e nossos lares. Lembro-me claramente de um grande amigo meu, um excelente profissional da biologia, que me disse haver comentado certa vez para os alunos da 5a série de uma escola particular que ursos não hibernavam. Para surpresa dele, e para minha também, durante a reunião de pais ele foi questionado pela mãe de um aluno sobre o que ele havia ensinado, o que segundo ela, estava errado, pois ursos hibernavam sim. Como é constrangedor esse tipo de coisa! Como dizer para essa mãe que ela estava, digamos… equivocada, só para não dizer que ela não tinha a mínima idéia do que ela estava falando?

Bom, vamos aos fatos. Espero que se divirtam com o biologuês…

Como não poderia deixar de ser, o processo de hibernação apresentado por alguns animais tem uma base física, a qual iremos detalhar com suas consequências na bioquímica e na fisiologia. Vamos iniciar pelo evento biológico e ver suas causas e consequências.

Alguns animais homeotérmicos, quando privados de alimento ou quando expostos a temperaturas muito baixas, entram num processo em que há a redução da taxa metabólica basal (BMR – do inglês Basal Metabolic Rate) com a consequente redução da temperatura corpórea, dos batimentos cardíacos (a tâmia reduz seus batimentos cardíacos de 200 por minuto para 5 por minuto), a frequência respiratória (alguns animais reduzem até 50%, outros em 98%) e das suas capacidades sensoriais. Ainda não se sabe ao certo como os eventos que diminuem a BMR atuam, assim, ainda não podemos afirmar se são as alterações ambientais (redução da temperatura e escassez de alimento) que disparam o processo de hibernação ou se este processo tem origem interna nos animais. De qualquer forma, acreditava-se inicialmente que o processo era disparado pelas alterações ambientais, mas, recentemente, descobriu-se que alguns animais hibernantes entravam em hibernação antes das alterações na temperatura ou na disponibilidade de alimento, o que contribuiu para uma nova avaliação dessa questão.

Há ainda um tipo diferente de estivação, chamada de “hibernação de verão”, a qual é causada pelo excesso de calor, que culmina em uma falta de água. Alguns animais, como por exemplo certos caramujos das terras semi-áridas do norte da África, escondem-se em sua conchas por até 2 anos, com o seu organismo ressecado parcialmente, até a chegada das chuvas.

A princípio, nos parece que a diminuição da temperatura do corpo desses animais seria algo parecido como um “defeito” na manutenção da sua temperatura, o que nos levaria a uma conclusão um tanto quanto estranha: a de que esses animais seriam parecidos com animais ectotérmicos, ou seja, que sua temperatura corpórea variaria de acordo com a temperatura do ambiente. Tal conclusão não é somente estranha, como também é preciptada, o que nos leva a um erro conceitual crítico.

Longe de ser um mero “erro de controle”, a redução da BMR é um processo altamente controlado, tão complexo a ponto de ainda não estar totalmente esclarecido.

A redução da temperatura do ambiente, que leva à redução do metabolismo animal, pode ser facilmente compreendida pela física. Em primeiro lugar, vamos diferenciar calor de temperatura, para que não haja nenhum mal-entendido posteriormente. Calor é uma forma de energia, assim como a energia luminosa, a energia eólica, a elétrica, a qual está associada a agitação térmica de um sistema. Já a temperatura é uma forma de medida da quantidade de calor de um sistema qualquer, mais exatamente, seria uma medida da energia diferenciada da energia cinética de cada partícula de uma sistema, sendo que tal energia cinética é, na verdade, medida em Joules (J). Assim, quando falamos em energia elétrica, sua medida, no caso do consumo, é dada em kWh. O mesmo acontece com o calor: a medida da quantidade de energia é dada pelas diferentes escalas termométricas, como a escala Celcius (oC) que é utilizada por nós, a escala Fahrenheit (OF) que é utilizada em países de língua inglesa, e a escala Kelvin (K) que é a escala absoluta da quantidade de calor.

Entende-se por 0 (zero) absoluto a temperatura onde todas as entidades de um sistema, seja ele biológico, químico ou físico, estão totalmente paradas, estáticas, não apresentando nenhum movimento. Assim, no 0 absoluto, que é o 0 K, todas as partículas possuem energia cinética igual a zero. Só para lembrar, a energia cinética é a quantidade de energia que uma partícula de massa m (ela deve possuir massa) tem quando está se deslocando com uma velocidade v. Quando maior for a massa e/ou a velocidade da partícula, maior será a sua energia cinética. De acordo com o físico inglês Stephen Hawking, atual dono da cadeira que foi ocupada por Isaac Newton em Cambridge, o sucesso de um livro de física é inversamente proporcional ao número de equações matemáticas contidas nele, mas vamos arriscar um pouco, mesmo por que esse Blog não está a venda!

A equação (linguagem matemática) que expressa a energia cinética de cada partícula de um sistema é dada por:

Ec = ½ m.v2

Dessa forma, quando temos 0 K, nenhuma reação pode ocorrer, uma vez que não ocorrem colisões intermoleculares devido ao fato de todas as partículas estarem paradas (v = 0). De forma análoga, quanto menor for a temperatura de uma dado sistema, menor será a velocidade das molécula e, consequentemente, menor será a chance das moléculas colidirem umas com as outras, provocando as reações químicas. Tudo se passa como se fosse uma mesa de bilhar: quanto maior for a velocidade da bola branca, maior será o número de colisões entre as bolas na mesa.

Tomemos uma célula humana como exemplo. A sua temperatura ótima para funcionamento é igual a 36,5°C (36,5 + 273,16 = 309,66 K) e nessa temperatura a taxa de reação é máxima (se aumentarmos a temperatura ocorre a desnaturação das proteínas e a taxa de reação diminui). Diminuindo-se a temperatura, diminuimos também a taxa de reações bioquímicas que ocorrem nela, pois as moléculas possuem energia cinética menor.

A partir desse momento, entramos num ponto crítico da Física: a compreensão do que é energia.

Assim como o grande problema da Biologia é definir Vida, na Física não é diferente, sendo seu grande desafio definir Energia. Da mesma forma como até hoje não conseguimos definir vida de forma definitiva, a Física também não conseguiu definir energia definitivamente.

Existem duas Leis básicas que regem todos os sistemas, sejam sistemas que apresentam vida ou não. Essas duas leis são conhecidas como as Leis da Termodinâmica e tem implicações diretas na compreensão da hibernação.

A Primeira Lei da Termodinâmica pode ser exemplificada de diversas maneiras, tais como:

“A energia não é criada nem destruída, ela é apenas transformada de uma forma em outra”

ou

“A energia no universo é constante”

Como podemos notar, a energia não é criada do nada, nem pode ser destruída ou gasta. Ela somente pode ser convertida de uma modalidade de energia em outra. Vamos utilizar exemplos cotidianos para ajudar a compreensão desse fato:

a) a energia luminosa da lâmpada do seu abajour é decorrente da conversão da energia elétrica, a qual, por sua vez, é decorrente da conversão da energia cinética da água ao fazer girar a turbina da usina hidroelétrica, que por sua vez é decorrente da energia potencial gravitacional acumulada pela diferença de altura entre a turbina e a barragem, e assim por diante;

b) a energia acumulada nas moléculas de ATP (adenosina tri-fosfato), a qual é uma forma de energia química, é decorrente da conversão de uma outra forma de energia química contida nos alimentos, como por exemplo na carne. Essa energia da carne foi obtida pela conversão da energia contida no alimento do boi, o pasto. O pasto (vegetal) fixou a energia proveniente da luz pelo processo de fotossíntese, sendo que a luz é uma forma de energia produzida pelas reações de fusão nuclear que ocorrem no Sol, as quais convertem massa em energia, de acordo com a equação de Albert Einstein:

E = m.c²

onde m é a massa do corpo e c é a velocidade da luz (3.108 m/s ou 300.000 Km/s). Ou seja, é um processo de transformação contínua.

Como vimos acima, a energia é convertida de uma forma em outra. Mas será que essa reação de conversão tem um rendimento igual a 100%? A resposta é não. É nesse ponto que entramos na Segunda Lei da Termodinâmica.

A Segunda Lei da Termodinâmica nos diz que na conversão de uma forma de energia em outra, parte da energia inicial é convertida em uma modalidade de energia que não pode ser utilizada de forma eficiente, ou seja, é convertida em calor. No esquema abaixo podemos representar a Segunda Lei da Termodinâmica:

Da imagem acima, podemos concluir que:

  • Q1 = Q2 + Q3

  • Q2 < Q1

Temos acima que a quantidade de energia inicial (Q1) não é convertida totalmente em Q2, sendo que parte dela é “perdida” na forma de calor (Q3). Assim, a quantidade final que estará disponível para um dado sistema sempre será menor que a energia total recebida.

Como exemplo vamos utilizar o processo de fotossíntese. Somente 10% da energia liberada pelo Sol e que chega até nós é efetivamente fixada pela fotossíntese. Os outros 90% são dispersados na forma de calor e mantém a temperatura da atmosfera terrestre, obviamente em conjunção com outros fatores.

Mas por que temos que compreender a importância da Segunda Lei da Termodinâmica? Por que por meio dela que os animais conseguem manter a temperatura do corpo constante.

Quando um animal alimenta-se, somente cerca de 31,9% da energia contida no alimento que foi realmente absorvido pelo processo de digestão é utilizada para produzir moléculas de ATP, sendo que o restante é convertido em calor. Apesar de parecer pouco, a célula é o melhor “motor a combustão” já conhecido. Não obstante, hoje os melhores motores à combustão utilizados pelos automóveis possuem um rendimento de cerca de apenas 17%, o que significa que se você abastece seu carro com 100L de gasolina, somente cerca de 17L são convertidos em movimento pelo carro, sendo que os outros 83L são convertidos em calor, dissipando-se para o meio ambiente.

Até pouco tempo acreditava-se que 1 mol de glicose era convertida em 36 ou 38 mols de ATP. Entretanto, os cálculos bioquímicos mais recentes têm apontado para um total de cerca de 30 ATPs.

Após ter em mente os princípios Físicos da conversão de energia, podemos voltar então ao nosso objetivo: explicar o processo de hibernação.

Vimos acima como a redução da temperatura do ambiente reduz a BMR. Agora, vamos aliar a diminuição da temperatura do ambiente com a falta de alimento. O processamento pós-absortivo do alimento é o principal responsável pelo aumento da geração de calor nos animais, como já era de se esperar, uma vez que as reações de transferência de energia não possuem rendimento igual a 100%, sendo a diferença liberada na forma de calor, o que aumenta a temperatura do animal.

O principal componente relacionado ao incremento de calor após a absorção do alimento é o metabolismo das proteínas desse alimento. Para efeito comparativo, vamos tomar 1 Kg de proteína. Essa massa de proteína causará um incremento de cerca de 31% na temperatura corpórea dos animais, o que equivale a cerca de 310 J, tanto para vertebrados como para invertebrados. Para se ter uma idéia, 1 J é a quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de 1 g de água em 1oC.

Se considerarmos outras fontes energéticas, o incremento de calor será da ordem de 5% para açúcares simples, 15% para o amido e entre 10 a 15% para o metabolismo dos lipídeos.

Curiosamente, animais que apresentam alimentação em períodos muito esparsos, como por exemplo as cobras Python, apresentam um incremento de calor 1,8 vezes maior do que em outras cobras com alimentação frequente. Isso é causado pelo grande aumento na massa de determinados órgãos, como do intestino e do fígado, os quais haviam sido atrofiados durante o período em que a Phyton não se alimentava, o que diminui o custo energético a ser pago pelo animal nesse período. Mais recentemente, estudos têm demonstrado que 48h após a refeição, a cobra Phyton aumenta a massa do seu ventrículo em 40%, algo muito superior ao que um atleta de alta performance consegue realizar mesmo após 3 meses de treinamento intenso, incluindo-se aqui o uso de drogas para hipertrofia (e.g. esteróides anabolizantes).

Redução do tamanho do intestino em cobras Python durante o periodo de jejm prolongado.

Redução do tamanho do intestino em cobras Python durante o período de jejm prolongado. Science, v. 307, 2005.

Quando estudamos um urso, verificamos que sua temperatura é mantida relativamente alta (entre 30-35oC), suas taxas respiratória e cardíaca se mantém além de seu sistema sensorial funcionar normalmente. Esses fatos, em conjunto, nos levam à conclusão direta de que os ursos não são animais hibernantes. Na verdade, os ursos, assim como os pinguins e os gansos da neve, são animias adaptados ao jejum, ou seja, são animais adaptados à estivação. Os verdadeiros animais hibernantes são o noitibó-de-nuttall (imagem), morcegos, musaranhos, tartarugas, ouriço (o mamífero, não o ouriço do mar!), esquilos, marmotas, alguns sapos, entre outros.

Noitibó-de-nuttall - única ave hibernante conhecida

Noitibó-de-nuttall - única ave hibernante conhecida

A rã da areia usa suas pernas posteriores para se entocar na areia, onde hiberna durante o inverno da África do Sul

A rã da areia usa suas pernas posteriores para se entocar na areia, onde hiberna durante o inverno da África do Sul

Ainda em relação aos ursos, como se mantém o processo de manutenção das proteínas durante o período de estivação? Acredita-se, embora ainda não tenha sido confirmado por experimentos, que a grande quantidade de nitrogênio produzida pelo metabolismo das proteínas seja eficientemente reincorporado às proteínas, por meio de um processo de produção de amônia a partir da uréia por microorganismos presentes no trato digestório, sendo a amônia então reabsorvida.

Para finalizar, vamos analisar um animal que também está adaptado à estivação, o Pinguim Rei (Aptenodytes patagonicus). Esses pinguins iniciam seu período reprodutivo pesando em média 14,7 Kg. Entre o cortejamento, o acasalamento e a postura do ovo (cada fêmea coloca apenas um) decorrem 14 dias. Após a postura do ovo, a fêma vai para o oceano e o macho inicia a incubação do ovo, a qual dura cerca de 21 dias. No total, o macho fica sem alimento por cerca de 35 dias, perdendo cerca de 4 Kg, o que significa 29% da sua massa inicial.

A massa crítica para o macho está entre 9,7 – 10 Kg. Se a fêmea chegar a tempo, antes do macho atingir a massa crítica, ele deixa o ninho e sai para se alimentar no oceano enquanto o ovo passa a ser incubado pela fêmea. Caso a fêmea não chegue a tempo, ele sai do mesmo modo, deixando o ovo sem incubação. Algo bem típico de um macho!

Espero que este post seja útil para todos. Nosso próximo passo é compreender os mecanismos utilizados pelos animais para sair do estado de hibernação, ou de torpor como no caso dos ursos.

Aguardo sugestões.

Antonio Carlos Martinho Junior

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Responses

  1. Atavés desse exemplo do urso podemos ver como o ensino no Brasil é cheio de paradigmas e tal… O professor aprendeu que o urso hiberna e simplesmente aceitou isso, nunca se interessou por ir atrás e pesquisar se isso é verdade ou não.

    Claro que também isso se deve em grande parte pelo quase-inexistente incentivo à pesquisas e ao pensar nesse nosso país.

    É, é dose =x

  2. Muito bom o seu post Sr. Antônio Carlos…
    Gostei bastante… Aborda diversos assuntos de forma simples e direta!! =)
    Mas é claro… tinha q ter uma tiradinha básica no final, né?!
    heeeeheehehe

    pô…. eu tinha aprendido no desenho do pica-pau q os ursos hibernavam!! huahahuaahahaha

    Beijos… e mais uma vez, parabéns pela iniciativa de tentar fazer com q as pessoas pensem!!!

  3. Sensacional! Seu texto é um “abridor” de frestas…. aquelas estreitas por onde enxergam esses professores que não procuram acompanhar a ciência!
    Que situação desse seu amigo prof., hein? rs
    Gde abraço!

  4. Adorei seu texto Júnior! As informações estão muito bem encadeadas! Parabéns! Você leu “O Universo numa Casca de Noz”?
    Beijo :-)

  5. Fiquei admirado :D
    sim senhor :)

  6. uau que grande exploicaçao adorei mas nao li mas pelo o que vi ta bue fixe :) lol

  7. nao se e explicaçao se e um texto se e oytra coisa mas adorei na mesma :)

  8. Gosta va de ver mais para ver se continuasa faxer assim como fixes te

  9. olha se escreveres mais gosta va :) mas se ficares por aqui e uma beca desiluçao :( mas escreve lol

  10. mas nao fico triste mas queria ver mais
    xau lol

  11. Vc podia ter dado uma resposta final : Ou seja os ursos nõ hibernam porque…

  12. Ursos nao HIBERNAM!

  13. Olá, adorei, já sabia que eles não hibernavam, você sabe se tem algummbeija flor que hiberna? Ouvi dizer que sim. obrigada

  14. Parabéns pela explicação… Ainda não sabia que os ursos não hibernavam…


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