En las gélidas aguas de la Antártida viven los peces de la familia Channichthydae, uno de los grupos de vertebrados más singulares que existen. Su sangre carece de hemoglobina, y sus músculos de mioglobina. Son raros, muy raros. Al carecer de pigmento respiratorio, su sangre no tiene el color rojo característico de la sangre de vertebrados; son blanquecinos, casi translúcidos. Se les llama peces hielo o dracos. Carecen de hemoglobina porque no es funcional un gen que codifica la síntesis de la ß-globina, una de las cadenas peptídicas que conforman la hemoglobina. ¿Por qué han perdido la hemoglobina estos peces en el curso de su evolución? ¿No necesitan hemoglobina para captar el oxígeno y llevarlo a las células?

La primera pregunta no tiene una respuesta fácil. En opinión de los especialistas, la sangre de los dracos tendría una viscosidad excesiva si tuviera hemoglobina, tanto si ésta se encontrase en suspensión coloidal como si estuviese dentro de los eritrocitos. El hematocrito de la sangre de los vertebrados es, aproximadamente, de un 46% y su viscosidad viene a ser tres veces más alta que la del plasma sanguíneo. Pero además, la viscosidad depende de la temperatura, de manera que cuando baja ésta, aquélla se eleva. Por esa razón la viscosidad de los fluidos corporales de los peces que viven a temperaturas, por encima o por debajo, muy próximas a los 0ºC, puede llegar a ser muy alta. Y puede acentuarse de forma considerable cuando en esos fluidos hay sustancias como la hemoglobina. Bajo esas circunstancias, la alta viscosidad elevaría en exceso el coste energético que conlleva el bombeo de sangre y podría llegar, incluso, a dificultar de forma severa ese bombeo. Y esa es, posiblemente, la razón por la que algunos peces adaptados a vivir en aguas gélidas han “prescindido” de la hemoglobina en el curso de la evolución. Se trataría de una adpatación al frío. El de estos peces es quizás un caso extremo, pero no constituye una anomalía, pues otros peces adaptados a aguas frías tienen de hecho menos glóbulos rojos que los peces de aguas más templadas. Los peces-hielo serían, por lo tanto, el extremo de una tendencia de carácter general.

La respuesta a la segunda pregunta es, evidentemente, que no necesitan el pigmento. Si fuera de otra manera no habrían podido sobrevivir y perpetuarse. Lo cierto es que el único mecanismo de transporte de oxígeno, aparte del movimiento sanguíneo, es la disolución en el plasma y su difusión a los tejidos. No hay más. Los peces podrían, quizás, haber reducido su tamaño: de esa forma se facilita enormemente la difusión del oxígeno, pero en su evolución se ha descartado ese camino. La especie Chaenocephalus aceratus, por ejemplo, tiene ejemplares de medio metro.

Lo que parece claro es que estos peces tan sólo pueden colonizar medios como el de las aguas antárticas. Tienen una alto grado de oxigenación y la temperatura se mantiene por debajo de los 2 ºC durante todo el año. A esa temperatura (ambiental y corporal) el oxígeno se disuelve con gran facilidad. Por otro lado, al ser animales poikilotermos, su actividad metabólica es muy baja, por lo que bajas son también sus necesidades de oxígeno. Y a lo anterior, cabe añadir dos adaptaciones anatómicas muy importantes a los efectos que nos ocupan. Por un lado, tienen un corazón muy grande, que bombea entre cinco y diez veces más sangre que la de los otros peces de tamaños similares. Y por el otro, también tienen capilares sanguíneos muy gruesos; eso facilita enormemente el flujo sanguíneo, puesto que la resistencia al flujo depende mucho (negativamente) del diámetro del tubo. Como consecuencia, se facilita la irrigación de los tejidos y por tanto, la transferencia de oxígeno.

A lo anterior, cabe añadir que en estos peces la superficie corporal cumple también, como en los anfibios, el papel de superficie respiratoria, lo que disminuye de forma notable la necesidad de un eficiente sistema de transporte de gases. De hecho, tienen branquias muy pequeñas, su piel carece de escamas y en la dermis hay abundantes vasos sanguíneos, lo que aumenta de forma considerable la eficiencia en la transferencia cutánea de oxígeno. Quizás por ello no han tenido que reducir su tamaño corporal.

En definitiva, esta historia ejemplifica a la perfección el dicho aquel de "a grandes males grandes remedios", porque sólo así cabe calificar el haber prescindido de algo tan común y básico como el pigmento respiratorio.

Nota: Esta entrada está adaptada de la historia "Odol zuriko izotz arrainak", publicada por Miren Bego Urrutia en Uhandreak.

La mayoría de los mamíferos somos terrestres, pero también los hay que viven en el mar o que tienen una forma de vida mixta, podríamos decir que anfibia. Ballenas y delfines son marinos, mientras que elefantes marinos, focas y leones marinos tienen un modo de vida anfibio. Tanto unos como otros son excelentes buceadores.

Tal y como señalé en el artículo en el que traté del mal del buceador, las ballenas vacían sus pulmones antes de sumergirse, y lo mismo hacen los demás mamíferos marinos. Eso es algo que nos resulta contraintuitivo, porque si hay algo que hacemos casi sin pensar antes de sumergirnos en cualquier masa de agua es llenar de aire nuestros pulmones. Pero como expliqué en la historia del mal del buceador, el nitrógeno del aire contenido en los pulmones puede causar graves daños una vez ha pasado a la sangre en forma disuelta durante el ascenso para emerger. Esa es la razón por la que los mamíferos marinos vacían de aire los pulmones antes de sumergirse; de esa forma no queda nitrógeno que pueda pasar a la sangre.

Así, puesto que en los pulmones queda una cantidad mínima de oxígeno, ¿de dónde sacan estos mamíferos el que necesitan para surtir a las células el comburente necesario para mantener activo el metabolismo? La respuesta a esa pregunta es que, en principio, el organismo dispone de dos posibles depósitos. Uno de ellos es la propia sangre. Las focas, por ejemplo, tienen, por unidad de masa por supuesto, bastante más sangre que nosotros; para ser precisos, tienen el doble de sangre. Y además, la concentración de oxígeno puede alcanzar niveles más altos en la sangre de las focas que en la nuestra, porque tienen más hemoglobina. No obstante, aun tratándose de una valiosa adaptación, la concentración de hemoglobina en la sangre no puede elevarse de forma indefinida; es, por ello, una adaptación con limitaciones. Una concentración de hemoglobina en sangre demasiado elevada tendría como consecuencia un aumento excesivo de la viscosidad de la sangre y ello conllevaría que el corazón se vería obligado a hacer un trabajo excesivo para bombearla.

El segundo depósito posible es el músculo. Los músculos de todos los vertebrados, y sobre todo los de la musculatura lenta, disponen de mioglobina para almacenar oxígeno. El oxígeno, al pasar de la sangre a las células musculares, se combina con la mioglobina antes de ser utilizado. Almacenado de esa forma, la concentración de oxígeno intracelular se mantiene en valores relativamente constantes. Eso es lo que ocurre en cualquier mamífero. Pero en las células musculares de los mamíferos marinos hay, por comparación, mucho más oxigeno combinado con mioglobina que en las del resto de mamíferos, por la sencilla razón de que en aquéllas hay mucha más mioglobina. Mientras que la concentración de mioglobina en el músculo humano es de 6 g kg^-1, la del músculo de foca es de 50-70 g kg^-1 y la del músculo del cachalote es de 76 g kg^-1.

Por lo tanto, el oxígeno que necesitan los mamíferos marinos durante la inmersión lo obtienen de la hemoglobina sanguínea y, en mayor medida aún, de la mioglobina muscular, porque los pulmones no sirven para eso. Nosotros tenemos los mismos depósitos, pero los de los buceadores son de muy superior capacidad. Podría decirse incluso, sin temor a exagerar, que la “botella” del buceador es su propio músculo.

Puestos a retomar asuntos tratados hace poco tiempo, sigo en esta entrada hablando de los animales que viven bajo tierra. Como expliqué en una entrada anterior, en las huras y cavidades en que viven algunas especies de roedores hay muy poco oxígeno, porque el aire se renueva muy lentamente y además los roedores, por su tamaño y nivel de actividad, tienen tasas metabólicas bastante altas. Es por eso que, comparados con los demás roedores, estos tienen más hemoglobina en la sangre y esa hemoglobina tiene más afinidad por el oxígeno.

Pues bien, el de la falta de oxígeno no es el único problema que deben afrontar estos animales; además la atmósfera en la que pasan la mayor parte del tiempo tiene una alta concentración de CO₂, -de hasta un 6% incluso-, y eso es un problema, distinto del anterior, pero un problema. La razón de ello tiene que ver con cómo funciona un mecanismo respiratorio básico. Empezaré por explicar, brevemente, ese mecanismo.

Todo el mundo sabe que los movimientos respiratorios son automáticos. Esto es, aunque se puede modificar a voluntad la frecuencia respiratoria en alguna medida, no se puede dejar de respirar, ni tampoco hacerlo lentamente si el cuerpo necesita que se haga rápidamente. Pues bien, una de las señales que hacen que un mamífero (aunque no estoy seguro, supongo que esto es aplicable a muchos otros vertebrados) respire más rápidamente es la concentración de CO₂ en la sangre. Cuando ésta sube, la elevación es detectada por sensores (quimiorreceptores) internos que desencadenan una respuesta consistente en un aumento de la frecuencia respiratoria y la frecuencia cardíaca. Es lógico, un subida de la concentración de CO₂ en la sangre, aparte de provocar una peligrosa acidificación de la misma, es señal de que el organismo está catabolizando rápidamente sustratos carbonados y por lo tanto, de que se necesita incorporar más oxígeno y eliminar los productos resultantes de tal actividad. Y para ello, la respuesta lógica es ventilar más los pulmones y bombear más sangre.

Pero, ¿qué ocurre si la atmósfera en la que se respira tiene demasiado CO₂? Pues ocurre que el paso de CO₂ de la sangre a la cavidad pulmonar se obstaculiza, porque la transferencia pasiva de una sustancia de un compartimento a otro es proporcional a la diferencia de concentración entre los dos compartimentos; por ello, si hay mucho CO₂ en la cavidad pulmonar, se transferirá más lentamente desde la sangre por esa razón y esto no hace sino iniciar un círculo vicioso muy peligroso, porque el latido cardíaco no dejaría de elevar su frecuencia.

Por todo lo anterior, los mamíferos que viven en este tipo de enclaves no son tan sensibles al CO₂ sanguíneo como lo son el resto de mamíferos; esto es, una elevación en su concentración no da lugar a la misma respuesta cardíaca y respiratoria que ocurre en otros mamíferos. Y además, algunos de ellos han desarrollado vías alternativas a la respiratoria para expulsar el CO₂: de hecho, en vez de eliminarlo en forma de gas lo excretan en forma de carbonatos o bicarbonatos de calcio y de manganeso.

Se trata de una adaptación verdaderamente notable, pues constituye una curiosa, -y yo diría que asombrosa-, excepción al normal funcionamiento respiratorio de los mamíferos.

Muchos animales viven en orificios o cavidades del suelo, de rocas o de árboles, y otros muchos, aunque no viven en esos lugares, pasan mucho tiempo en su interior, bien porque los utilizan para guarecerse, o bien porque hacen la madriguera en esos lugares. Se trata de lugares muy especiales, porque en ellos hay poco aire y ese poco aire se renueva con dificultad. Por esas razones, suele haber poco oxígeno en ellos.

Los lagartos y lagartijas que se introducen en cavidades no tienen característica especial alguna, como tampoco la tienen los sapos que hacen lo propio. Tanto reptiles como anfibios son animales poiquilotermos, y por lo tanto, tienen una tasa metabólica muy baja. Quizás sea esa la razón por la que esos animales no precisen de adaptaciones específicas a la vida bajo esas condiciones de escasez de oxígeno.

Hay roedores, sin embargo, que permanecen largos periodos de tiempo en huras, y cavidades subterráneas, y éstos, al contrario que los anteriores, son homeotermos, por lo que sus tasas metabólicas son altas. Necesitan mantener una alta actividad metabólica para contar con una fuente interna de calor. Además, al tratarse de animales de pequeño tamaño, su tasa metabólica (actividad metabólica por unidad de masa) es relativamente alta, dada la relación inversa que existe, con carácter universal, entre tasa metabólica y tamaño corporal. Y por si lo anterior fuera poco, son animales, en general, muy activos. Pues bien, todo esto quiere decir que dado que necesitan tomar mucho oxígeno del aire, la concentración de ese gas en las cavidades que ocupan puede llegar a ser muy baja; son relativamente normales concentraciones de oxígeno del 6%. De be tenerse en cuenta que la concentración normal de oxígeno en la atmósfera es de un 21% y que concentraciones de oxígeno tan bajas como el 6% no se dan ni en las cumbres del Himalaya.

Se necesitan adaptaciones especiales para poder vivir bajo esas condiciones, del tipo de las que tienen los animales andinos, por ejemplo. Son adaptaciones que varían de unas especies a otras. Algunos roedores, por ejemplo, tienen muchos glóbulos rojos en su sangre, más de los normales, y otros, en vez de tener más glóbulos rojos, los tienen con un mayor contenido en hemoglobina, que es el compuesto con el que se combina el oxígeno en la sangre. Mediante ambos mecanismos puede aumentarse el trasporte de oxígeno, compensándose así su escasez.

Otra particularidad de la hemoglobina de los roedores que habitan en huras y cavidades subterráneas es que tiene mayor afinidad por el oxígeno. Para hacernos una idea de lo que esto significa voy a ilustrarlo con un ejemplo. Un 50% de la hemoglobina de roedores arborícolas, como las ardillas, se encuentra combinada con oxígeno cuando la tensión parcial de este gas en la sangre es de 40 mmHg. Sin embargo, un 80% de la hemoglobina de los roedores de cavidades subterráneas se encuentra combinada con oxígeno a a esa tensión parcial. Gracias a esa característica de la hemoglobina puede garantizarse la captación de oxígeno y su transporte a las células, incluso cuando la concentración de oxígeno es muy baja.