Tópicos en Ecofisiología de Insectos - FCEyN - UBA · Animales homeotermos y heterotermos. Tasa...
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Tópicos en Ecofisiología de Insectos
DBBE-FCEN-UBA
2016
Contenido de la charla • Breve historia de las medidas metabólicas • Mediciones indirectas de metabolismo • Medición de consumo de O2 y producción de CO2 (ventajas
y desventajas) • Respirometría de flujo cerrado y abierto (ventajas y
desventajas) • Calculo de RQ • Efecto de la temperatura en el metabolismo. Calculo de
Q10. Animales homeotermos y heterotermos. Tasa metabólica estándar o de reposo (SMR). Tasa metabólica basal (BMR).
• Efecto de la actividad en el metabolismo. GCOT, NCOT y MCOT
Leonardo da Vinci (1452-1519)
“Where flame cannot live, no animal that draws breath can live” From Codex Atlanticus.
Breve historia de las medidas metabólicas
Se sabía que la vida dependía del aire, pero ¿Qué era el aire?¿ Cómo mantenía la vida?
Charcoal contained a vital substance that in and of itself supported life.
George Stahl (1660-1734)
phlogiston
Breve historia de las medidas metabólicas
John Mayow (1640-1679)
Robert Boyle (1627-1691)
Antoine Lavoisier (1743-1794)
Marie-Anne Paulze (1758-1836)
Metabolismo
• Anabolismo
– Ensamble de sustancias simples en moléculas mas complejas (requiere energía). Regeneración, crecimiento, etc
• Catabolismo
– Ruptura y desglose de moléculas complejas en simples con liberación de energía. Parte de la energía guardada en forma de ATP.
Medidas metabólicas
• Calorimetría directa
• Calorimetría indirecta
– calculado por tasa de ingestión y excreción
– Radioisótopos
– Calculado por intercambio de gases (respirometría de flujo abierto y cerrado)
Lavoisier primero en medir TM a través de la tasa de formación de agua:
Kleiber, M. 1975. The Fire of Life, Kreiger Publ.
Hielo Aislamiento
Calorimetría directa
Calor Latente de fusión (hielo) = 334 J/gr. hielo a 0ºC.
En 10 horas el cobayo derritió 370 gramos de hielo.
Por lo tanto, el cobayo produce 12358 J de calor por hora o 12.4 kJ/hr.
CALOR PERDIDO = CALOR PRODUCIDO
Radisotopos (agua doble marcada): Oxigeno se pierde como: CO2 y H20
Hidrogeno se pierde como: H2O
La diferencia en las tasas de perdida de O e H esta dada por la emision de CO2
CO2 H2O
H2O
H2O
3H218O
% r
est
ante
(E
scal
a lo
g)
Tiempo
100
0
3H
Pendiente = tasa de 3H perdido solo en H2O 18O
Pendiente = tasa de 18O perdido en H2O y CO2
T1 T2
PREGUNTA: Como calcular la tasa de producción de CO2?
RESPUESTA: Diferencia entre las dos pendientes
Medidas metabólicas
• Calorimetría directa
• Calorimetría indirecta
– calculado por tasa de ingestión y excreción
– Radioisótopos
– Calculado por intercambio de gases (respirometría de flujo abierto y cerrado)
Respirometria
O en aire!
Se puede medir SMR O TM nadando a diferentes velocidades
Se puede medir BMR O TM a diferentes temperaturas
Respirometria con una mascara
BMR y TM vuelo
Temperature Controller
CO2
analyzer
- H2O - CO2
room air
Air pump
Air-flow meter
& controller
Activity detector
A/D Converter
Temperature meter
Medidas metabólicas: deuda de O2
Medidas metabólicas: RQ
Se asume que: 1) Solo se metaboliza carbohidratos, grasas y proteínas. 2) No hay síntesis 3) La cantidad de CO2 exhalado en un tiempo determinado es igual a la cantidad producida por los tejidos
Cambios del metabolismo por:
1. Reproducción
2. Digestión
3. Masa
4. Temperatura
5. Actividad
Metabolismo
• Metabolismo Basal (BMR) – Tasa metabólica estable en aves y mamíferos
adultos no reproductivos, en la fase inactiva de su ritmo circadiano dentro de la zona termoneutral.
• Tasa metabólica de reposo o estándar (SMR) – Metabolismo de reposo y con cierto ayuno de
animales ectotérmicos a cierta temperatura.
• Aerobic metabolic scope – El cociente entre la tasa metabólica máxima y la
BMR o SMR.
1. Efecto de reproducción
Rada (2014) Tesis licenciatura
1. Efecto de reproducción
Rada (2014) Tesis licenciatura
Tiempo
Tas
a M
eta
ból
ica alimentación
Post-absorción absorción Post-absorción
La digestión consume energía!
En una pitón la digestión es la acción energéticamente mas costosa que hacen!
¿Por qué la medición de la BMR es post-absorción de alimento?
2. Efecto de la digestión
2. Efecto de la digestión
Rolandi, Iglesias & Schilman (2014) J. Exp. Biol.
3. Efectos del tamaño (masa)
• Isometría
– Las dimensiones se mantienen proporcionales independientemente del tamaño
• Alometría
– Cambios sistemáticos en las proporciones con un aumento del tamaño
3. Efecto de la masa
Funciones exponenciales
y = a Masa b
constante exponente
Alometría = Y no varia 1:1 con X
isometría alometría
alometría
Logaritmos para linealizar las relaciones exponenciales
y = a • masa b log y = log a + b log masa
Y = M X + B
Log TR
Log masa
Pendiente = exponente
Intercepción = constante
Logs a ambos lados
3. Efecto de la masa
Rolandi (2016) Tesis doctoral
3. Efecto de la masa
Q10 = Sensibilidad a la temperatura de una función biológica usando una diferencia de 10ºC de temperatura. Q10 se calcula usando la ecuación de van’t Hoff, que para tasa metabólica es: Q10 = (MR2/MR1)10/(t2-t1)
4. Efecto de la temperatura (Q10)
4. Efecto de la temperatura (Q10)
Rolandi (2016) Tesis doctoral
4. Efecto de la temperatura
Schilman & Roces (2006) J. Exp. Biol.
5. Efecto de la actividad
Example of a respirometric record for a foraging ant at 1.18 {micro}l
Schilman & Roces (2006) J. Exp. Biol.
Time (minutes)
0 10 20 30 40 50
CO
2 e
mis
sio
n (
µl h
-1)
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Activity (
arb
itra
ry u
nits)
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
VCO2
Activity
Modificado de Schilman (2016) J. Insect Physiol.
5. Efecto de la actividad
Roces & Lighton (1995) Nature
Schilman (2016) J. Insect Physiol.
MR (J/g/s)
Velocidad (m/s)
GCOT
SMR
GCOT 1= MR a / vel. 1 GCOT 4= MR d / vel. 4
1 2 3 4
a
b
c d
MR (J/g/s)
Velocidad (m/s)
NCOT
SMR
AMR
AMR = MR - SMR
NCOT = (MR-SMR)/vel.
NCOT = AMR / vel.
MR (J/g/s)
Velocidad (m/s)
MCOT
SMR
MR = (SMR+a) + MCOT*vel.
a
Otras medidas y cálculos
• Load ratio (LR):
LR = ((Load mass + body mass) / (body mass))
• Cost of Load Carriage (CLC):
CLC = (NCOTladen/NCOTunladen)/LR