21. Bioculture:
Adattamenti alla temperatura

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Il vestirsi, lo spogliarsi, il rivestirsi sono consuetudini che accompagnano la nostra vita quotidiana e sono dettati da esigenze che rispondono a stimoli differenti. Gli abiti vengono indossati o tolti a seconda del significato che ad essi si vuole, di volta in volta, concedere: essi parlano dello stato sociale di chi li porta, trapelano la sua voglia di conquistare l'attenzione degli altri, testimoniano il suo grado di narcisismo e, ancora, esaltano la sensualità dei corpi magnificandone le forme. Spesso ci rendono più liberi ma possono talora trasformarsi in strumenti oscurantisti, in cui il corpo viene imprigionato, soffocato, umiliato.

Ricklefs Pough Dodson

Tra tutti i molteplici significati che gli indumenti possono assumere non va trascurato quello che li vede manufatti che si interpongono tra il nostro corpo e l'ambiente esterno, per proteggerci dal freddo o per riparare la nostra pelle dall'esposizione ai raggi solari. Essi rappresentano dunque uno dei mezzi attraverso cui gli uomini si sono adattati anche alle più estreme condizioni climatiche presenti sulla Terra, rendendo per loro possibile la sopravvivenza nelle gelide distese artiche dell'Alaska, sugli altopiani delle Ande o del Tibet, nei surriscaldati paesaggi equatoriali.
L'elevata plasticità comportamentale e la capacità di intervenire massicciamente sugli ambienti, per adattarli alle proprie esigenze, hanno consentito agli uomini di realizzare dei microambienti, quali sono le nostre abitazioni, i luoghi di lavoro o di svago, in cui le temperature possono essere mantenute intorno a valori considerati ottimali, indipendentemente dalle volubilità stagionali. C'è poi chi è nelle possibilità di sfuggire la canicola estiva o le uggiose giornate invernali, raggiungendo paradisi esotici, più o meno naturali, in cui le condizioni climatiche sono più favorevoli alla condizione di benessere ricercata.
La temperatura ambientale esercita quindi una forte influenza su molti dei nostri comportamenti, così come del resto succede per tutti gli organismi viventi.
Ciascuna specie svolge gran parte delle proprie attività, dalla ricerca del nutrimento alla difesa del territorio, dal corteggiamento alla riproduzione, all'interno di un intervallo termico di attività che può variare da qualche grado ad una decina di gradi, risultando tra l'altro la temperatura elemento capace di condizionare il tasso di consumo di ossigeno e la velocità delle reazioni chimiche.
Attraverso l'acclimatazione è tuttavia possibile per molti organismi attivare dei processi di compensazione termica che permettono lo svolgimento di funzioni fisiologiche in un intervallo termico più ampio di quello di riferimento per ciascuna specifica popolazione. Se un pappagallo o un armadillo vengono trasferiti, nel tardo autunno, da un'area geografica tropicale ad una zona temperata, se alloggiati all'aperto difficilmente sopravvivranno all'inverno. Ma gli stessi soggetti saranno in grado di sopportare i rigori invernali se avranno avuto modo di acclimatarsi ai climi delle latitudini temperate durante la tarda estate o nell'arco dell'intero autunno. In ogni caso esistono dei valori di temperatura, definiti critici e caratterizzanti vari gruppi di organismi, al di sopra o al di sotto dei quali non è possibile la loro sopravvivenza.
Dal momento che il calore presente negli organismi viventi tende a scambiarsi con l'ambiente circostante per convenzione o per conduzione, nel corso del tempo sono state favorite dalla selezione naturale tutte quelle strategie tese ad ottimizzare il mantenimento del proprio calore corporeo in maniera da rendere possibile lo svolgimento delle attività vitali anche in presenza di variazione termiche stagionali più o meno prevedibili. Pur trovandosi di fronte a soluzioni articolate e specifiche, si possono essenzialmente individuare due maniere, necessariamente non alternative, che vengono utilizzate dagli esseri viventi per regolare la propria temperatura corporea in relazione a quella ambientale: l'ectotermia e l'endotermia. Gli organismi definiti ectotermi, tra cui si possono annoverare gli invertebrati come gli insetti e tra i vertebrati gli anfibi, i rettili e i pesci, regolano la propria temperatura corporea acquisendo o cedendo calore dall'ambiente esterno. Mammiferi e uccelli, considerati organismi endotermici, innalzano la loro temperatura corporea attraverso una produzione di calore connessa al proprio metabolismo. Ciascuna di queste due strategie si è affermata bilanciando i vantaggi, connessi alle diverse modalità con cui si è attivamente presenti nell'ambiente circostante, e i costi, valutabili in termini di risorse energetiche impiegate.
Nell'ambito degli ectotermi una funzione importante è svolta dalla termoregolazione comportamentale. Una lucertola o uno scorpione possono regolare la quantità di calore assorbita semplicemente spostandosi da un sasso soleggiato alla fessura che esso nasconde nella superficie che s'affonda nel suolo. La lucertola può ulteriormente controllare il riscaldamento del proprio corpo disponendosi in posizione allungata o arcuata, parallela o perpendicolare ai raggi solari. Essa può inoltre graduare il grado di chiarezza della sua pelle condizionando per tale via l'assorbimento della radiazione termica. Al mattino essa è solita crogiolarsi al sole in maniera da assorbire una maggiore quantità di calore; ciò provoca una vasodilatazione dei capillari a livello della superficie dorsale ed il calore accumulato sarà trasportato attraverso il sangue agli altri distretti del corpo. Se la temperatura corporea si alza eccessivamente la lucertola disporrà il proprio ventre a stretto contatto di una zona più fredda come una pietra in ombra: il sangue sarà sospinto con maggiore forza dalla zona dorsale a quella ventrale dove cederà all'esterno il calore in eccesso. Molti altri rettili, come le tartarughe, i coccodrilli o i serpenti, attraverso comportamenti opportuni, riescono a mantenere la temperatura corporea all'interno di un intervallo termico di attività che in genere varia tra i 4 e i 10 gradi centigradi.
Il costo dell'omeostasi, cioè del mantenimento delle condizioni fisiologiche che garantiscono le funzioni metaboliche, è relativamente basso per un ectoterma, che può facilmente diminuirne il costo attraverso il letargo, quando le condizioni ambientali diventano per lui proibitive. Questo meccanismo rende possibile a molti organismi la sopravvivenza anche in ambienti fortemente stressanti per l'eccessivo caldo o freddo, e di conseguenza per la scarsità di cibo. Un insetto o un pesce, dal momento che non basano il controllo della loro omeostasi in funzione del calore da essi prodotto (come succede invece per gli endotermi), riescono a sfruttare al massimo il cibo ingerito con un'efficienza di conversione prossima al 50% dell'energia assorbita, mentre in molti mammiferi o uccelli essa non supera l'1,4%.
Sono conosciuti alcuni anfibi, come la Rana sylvatica, ed alcune raganelle, Hyla crucifer e Hyla versicolor, che vivono in ambienti particolarmente freddi, con temperature prossime ai -9 gradi centigradi, e comunque inferiori a quelle che possono determinare il loro congelamento. Questo è reso possibile in quanto tali animali subiscono un congelamento dei liquidi corporei extracellulari, mentre la presenza nelle loro cellule di sostanze anticongelanti impedisce la formazione di ghiaccio; analoghi meccanismi sono stati descritti in pesci che popolano i fondali prossimi alla zona artica ed antartica. La lucertola spinosa di Yarrow vive ad oltre 3000 metri sulle montagne dell'America settentrionale; la sua temperatura corporea può abbassarsi sino a -5,5 gradi centigradi senza che essa congeli. Altri anfibi, come il rospo dal piede a vanga, Scaphiopus multiplicatus, riescono a sopravvivere nelle calde zone desertiche del Nord America, sopportando penuria di acqua per dieci mesi all'anno. La permeabilità della loro pelle, che è una caratteristica degli anfibi, gli permette di estrarre le quantità minime di acqua necessarie al loro metabolismo basale anche dai suoli molto aridi in cui sono soliti rintanarsi. Per riprodursi essi hanno la capacità di sfruttare pienamente le opportunità che possono loro derivare da un improvviso e provvidenziale acquazzone: nel giro di poche ore escono dallo stato di torpore in cui normalmente si trovano, si riconoscono reciprocamente come potenziali partner, si accoppiano e le femmine depongono le uova in pozzanghere occasionali. Lo sviluppo degli embrioni è rapidissimo, pari alla durata di qualche giorno, e permette ai girini di metamorfizzare prima che le pozze d'acqua si siano completamente prosciugate. Un così complesso adattamento è frutto di processi che si sono affermati non sulla base di una finalizzazione estranea al modo di operare della selezione naturale, ma in seguito a condizioni preesistenti, che sono stati indirizzate a differenti compiti come risposta a nuove contingenze. Lo studio delle popolazioni di rospo, Bufo bufo, viventi in zone umide e non stressanti, ha evidenziato come lo sviluppo rapido degli embrioni fosse una caratteristica già operante che ha costituto una precondizione adattativa in grado di consentire la colonizzazione di habitat particolarmente selettivi quali sono le zone aride.
Gli animali ectotermi traggono grande vantaggio dai bassi costi energetici, necessari al controllo della loro omeostasi; in relazione a questo fatto, e tenuto conto che quanto più è piccolo un organismo tanto più esso tende a disperdere calore e ad assumere più cibo per sostenere il suo metabolismo basale, solo tra gli ectotermi si sono evoluti animali idonei ad esercitare anche un ruolo di predatori nell'ambito delle catene trofiche, con peso corporeo inferiore al grammo, mentre tra gli endotermi tale valore non è quasi mai inferiore ai 10 grammi. Questo insieme di fattori permette agli ectotermi di essere presenti in habitat in cui vi è scarsità di cibo. Tuttavia questi vantaggi sono associati anche a delle rinunce: quando infatti le condizioni ambientali si pongono anche di poco al di fuori della zona di tolleranza termica la principale risposta che essi possono dare è quella di una riduzione del metabolismo basale e dell'entrata in letargo. Rane, lucertole, insetti possono trascorrere interi mesi o parti della giornata in maniera completamente inattiva, con un maggiore rischio di essere predati.
A differenza degli ectotermi, abili nella termoregolazione ma continuamente esposti al rischio di non sopravvivere alle brusche variazione termiche, uccelli e mammiferi possiedono attitudini termogeniche, sono cioè in grado di produrre calore indipendentemente dal movimento, essendo così resi idonei a mantenersi attivi anche a temperature per le quali rettili, insetti, anfibi sono costretti all'inattività. Per rendere possibile tale strategia gli endotermi devono immagazzinare molta energia e quindi abbondante cibo. Ma non sempre è possibile sopperire a tale esigenza, soprattutto dove le condizioni ambientali sono più stressanti e, di conseguenza, anche la produzione primaria, cioè la formazione di foglie e di erba, è scarsa. La soluzione che i processi governati dalla selezione naturale hanno adottata è stata quella di favorire la diminuzione della dispersione del calore corporeo, rivestendo i corpi di piume, penne, peli, pellicce o strati di grasso. Una volpe polare, grazie alla sua folta pelliccia, riesce a mantenere la sua temperatura corporea di 37 gradi centigradi anche quando il termometro segna 70 gradi centigradi, con uno scarto di ben 110 gradi! Un'analoga temperatura può essere sopportata da un gabbiano o da una ghiandaia artici che, grazie all'isolamento termico conferito da piume e penne, sopravvivono, a condizione però di incrementare del 150% il loro tasso metabolico. Il problema che più assilla un organismo endotermico non è tanto quello di difendersi dal freddo, quanto dall'eccessivo caldo. Un tricheco o una foca, distesi al sole lungo le spiagge dei paesaggi artici, vanno soggetti ad un surriscaldamento per impossibilità di disperdere il calore accumulato attraverso gli spessi strati di grasso che proteggono il loro corpo. Solo trasferendosi dalla spiaggia all'acqua essi trovano beneficio. In altri casi la dispersione del calore si realizza attraverso una maggiore irrorazione capillare delle zone più superficiali del corpo, al di sopra dello strato di grasso, tra le penne per gli uccelli o nelle pinne per i pesci.
I mammiferi tendono ad eliminare il calore in eccesso attraverso l'evaporazione, sudando o ansimando aritmicamente, come fanno i cani. Un tale meccanismo è tuttavia praticabile solo dove esiste la possibilità di rifornirsi d'acqua: negli habitat aridi la perdita di acqua, impiegata per determinare la dispersione del calore in eccesso, creerebbe seri problemi legati al rischio di rimanere disidratati. Si sono perciò affermate differenti strategie per combattere il rischio di insolazione presente nei paesaggi ecologici più soggetti ad alte temperature, alcune di tipo comportamentale, come rifugiarsi nelle ore più calde in tane sotterranee o svolgere una vita prevalentemente notturna. In altri casi si è modificata l'omeostasi, ampliando i limiti di tolleranza alla temperatura o alla disidratazione. Il cammello o il dromedario riescono a mantenere inalterata la fluidità del sangue anche dopo lunghi periodi passati senza bere perché la disidratazione avviene in essi a livello dei fluidi interstiziali ed intercellulari. Inoltre, la loro urina è molto concentrata in quanto parte dell'acqua e dell'urea vengono riassorbite dai reni. Quando comunque le condizioni termiche divengono particolarmente stressanti in relazione alle specificità dei vari soggetti, anche gli endodermi entrano in una fase di torpore che può presentare una periodicità stagionale o giornaliera. Scoiattoli e marmotte vanno incontro nell'inverno a fasi di torpore intervallate da brevi risvegli. Per gli orsi si tratta invece di un processo di ibernazione con un lungo periodo di sonno: la temperatura corporea si abbassa soltanto di cinque gradi centigradi ma il metabolismo basale diminuisce del 50%, con un notevole risparmio di energia in un periodo in cui il paesaggio presenta scarse risorse di cibo.
Non va infine sottovalutata la possibilità di sfuggire alle condizioni ambientali avverse e soprattutto alla scarsità di cibo, attraverso la migrazione. Essa costituisce una possibile via di fuga per tutti gli organismi che sono stati dotati dalla selezione naturale di bussole biologiche in grado di guidarle nei loro spostamenti.

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