Em formação

Existem organismos que possuem compartimentos de diferentes temperaturas corporais?


Eu queria saber se existem organismos que têm compartimentos (dentro do corpo) com diferentes temperaturas corporais. Para esclarecer, existem organismos que têm tecidos / órgãos que estão rodeados por algo (outras células, tecidos) que têm uma outra temperatura. Não estou falando sobre flutuação na temperatura corporal, como em organismos ectotérmicos. Nunca ouvi falar de algo assim e nem consegui encontrar informações ou artigos sobre isso (o motivo pelo qual esta pergunta não fornece muitas pesquisas de fundo). No entanto, ainda estou me perguntando se existem organismos como este (ou pelo menos se aproximam disso)?
Ps. edite esta pergunta ou comentário se puder fornecer mais informações básicas sobre este tópico


Para a maior parte do organismo multicelular; diferentes partes do corpo existiriam em diferentes temperaturas; no entanto, também existem exemplos mais extremos / drásticos.

Besouros bombardeiros; um grupo de besouros; que possuem uma câmara de reação especializada no corpo; onde podem produzir uma mistura de reação quente e nociva. Eles o projetam em direção ao inimigo; e podem lançar dobrando sua região pigidiana em uma ampla gama de direções. Eles fazem isso como um mecanismo de defesa.

Imagem do besouro bombardeiro na Wikipédia. Eles são alguns membros das tribos Brachinini, Paussini, Ozaenini, Metriini da família Carabidae.

A mistura de reação pode atingir uma temperatura de até 100 ° C, mais do que o suficiente para causar a morte térmica do protoplasma normal. Mas a reação ocorre em um compartimento especializado dentro de seu corpo ... e nada mais acontece com a vida do besouro.

Aqui estão algumas imagens da anatomia dos besouros bombardeiros (de aqui) glândulas pigidiais em um besouro Bombardier; altamente diagramático.

diagrama mais detalhado da glândula, porém, diagramático.

este é um diagrama mais realista da glândula em besouros carabídeos do tipo bombardeiro; o diagrama completo mostrando as formas dessas glândulas em outros tipos de besouros carabídeos está disponível no site principal.

Este artigo inclui um diagrama simplificado da reação química na câmara. resumo da reação.

Aqui está uma imagem da BBC mostrando o besouro-bombardeiro em ação.

Referência: Wikipedia


Como @kmm sugeriu, o escroto é um "compartimento" comum, normalmente alguns graus mais baixo do que a temperatura central.

Um conceito chave é o temperatura do núcleo. Isso é apenas no núcleo.

Não tenho certeza se entendi seu uso de "compartimentos". Um braço ou uma perna pode ser um compartimento? Por definição, é. Um compartimento é uma seção. Uma parte do corpo se encaixa nessa definição.

Décadas atrás, percebi algo fascinante sobre as partes do corpo e a temperatura corporal.

Eu resgatei uma gata siamesa grávida. Na ninhada que ela deu à luz, cada gatinho era de uma cor de marfim claro em todos os lugares. Nas semanas seguintes, os membros, orelhas, cauda e rosto de cada gatinho escureceram. Na época, meu campo era Biologia Molecular, e minha teoria era simples: a coloração nesta raça era devida a uma enzima sensível à temperatura. Os gatinhos vieram de um ambiente que tinha uma temperatura constante (central): o útero. Portanto, uma enzima sensível à temperatura mais baixa seria inativa. Após o nascimento, suas extremidades eram mais frias, permitindo que a enzima produzisse melanina no cabelo recém-crescido.

Embora eu não pudesse provar isso em meus gatos, depois de algumas pesquisas, descobri que outra pessoa já havia provado isso em coelhos da mesma cor.

Portanto, sim, diferentes seções (ou compartimentos) do corpo podem ter diferentes temperaturas.

Ver Mutações da tirosinase associadas aos padrões siameses e birmaneses no gato doméstico (Felis catus), Lyons LA, et al. Anim Genet. 2005.


Introdução aos mecanismos de homeostase e feedback

Considere como você aquece e resfria sua casa. Você tem sistemas de aquecimento e ar condicionado. Quando a temperatura externa é alta, o ar condicionado resfria sua casa. Por outro lado, quando a temperatura externa é baixa, a fornalha aquece sua casa.

O objetivo desses sistemas é manter o interior de sua casa em uma temperatura constante e confortável, apesar das mudanças na temperatura externa.

Este estado de condições constantes pode ser chamado equilíbrio, ou curso estável. Neste exemplo, o estado de equilíbrio é uma temperatura constante dentro da casa.

Da mesma forma, seu corpo possui sistemas para manter um estado estável de seu ambiente interno para muitos parâmetros diferentes, como a temperatura corporal ou o nível de glicose no sangue. A capacidade de um organismo de manter um ambiente interno constante em resposta às mudanças ambientais é chamada homeostase.

Como os sistemas de aquecimento e ar condicionado em casa, seu corpo possui sistemas que respondem às mudanças no ambiente para manter a homeostase. Esses mecanismos são chamados mecanismos de feedback.

Foco em mecanismos de feedback

1. Feedback negativo

Agora considere o que acontece quando o tempo quente aquece uma casa. A temperatura interna fica desequilibrada. Ele se eleva acima do ponto de ajuste do termostato. Esse aumento de temperatura aciona o termostato, que liga o ar condicionado. O ar condicionado resfria a casa até atingir o ponto de temperatura definido e, em seguida, desliga. A casa está agora de volta à sua temperatura original.

Este é um exemplo de avaliação negativa. No feedback negativo, o mecanismo atua na direção oposta da mudança inicial para que o estado estacionário seja restaurado. A maioria dos mecanismos homeostáticos são feedback negativo.

2. Feedback positivo

Agora, suponha que um técnico de HVAC cruzou os fios do sistema. Os fios eram cruzados para que, quando a temperatura da casa aumentasse, fosse acionada a fornalha em vez do ar condicionado. A fornalha aqueceu a casa, o que aumentou ainda mais a temperatura. O aumento da temperatura continuou a manter a fornalha acesa, o que aqueceu ainda mais a casa. Você pode ver neste cenário que a casa fica cada vez mais quente, ao invés de retornar ao ponto de ajuste do termostato.

Este é um exemplo de feedback positivo. No feedback positivo, o mecanismo atua na mesma direção da mudança inicial. O estado estacionário nunca é restaurado e condições extremas são favorecidas. Existem apenas alguns casos em que os mecanismos homeostáticos são ciclos de feedback positivo. Um exemplo é o trabalho de parto e o parto. Durante o trabalho de parto, um hormônio chamado oxitocina é liberado, o que intensifica e acelera as contrações. O aumento das contrações causa a liberação de mais ocitocina e o ciclo continua até o nascimento do bebê. O nascimento termina a liberação de oxitocina e termina o mecanismo de feedback positivo.

Partes de um mecanismo de feedback

Vamos continuar pensando nos sistemas de aquecimento e refrigeração de uma casa. Um sensor, como um termopar, detecta a temperatura dentro da casa e envia as informações para o termostato. O termostato compara a temperatura ao ponto de ajuste. Se a temperatura for superior ao ponto definido, o termostato liga o ar condicionado. Se a temperatura estiver abaixo do ponto de ajuste, o termostato liga o forno. Se a temperatura corresponder ao ponto definido, nada é feito.

Os mecanismos de feedback consistem em sensores, integradores e efetores:

  • Sensor: Monitora o ambiente (externo ou interno) e envia informações ao integrador.
  • Integrador: Processa informações dos sensores e envia sinais ou comandos para os efetores.
  • Efetora: Realiza ações para restaurar o meio ambiente a um estado estável.

Observação: Os sensores são chamados receptores em sistemas biológicos.


Introdução

A temperatura afeta profundamente o crescimento e seus processos subjacentes (von Bertalanffy 1960 Cossins & Bowler 1987 Hochachka & Somero 1984 Gillooly et al. 2001). Para poiquilotérmicos, o aumento da temperatura leva a taxas crescentes de processos bioquímicos, processos fisiológicos (por exemplo, frequência cardíaca) e características de história de vida, como tempo de desenvolvimento e taxa de forrageamento. Um segundo fator, a composição química (em particular a estequiometria C: N: P), também agora parece estar relacionado às taxas de crescimento (Elser et al. 1996 Sterner & Elser 2002). Para fornecer aos tecidos os materiais corretos em altas taxas, os organismos de crescimento rápido devem manter altas concentrações de unidades catalíticas em suas células, especialmente proteínas ricas em nitrogênio e rRNA rico em fósforo. As proteínas contêm cerca de 17% de N em massa e muitas vezes constituem uma grande fração do N total do organismo (Elser et al. 1996). Da mesma forma, o RNA é cerca de 10% P em massa e muitas vezes é responsável pela maior parte do P total do organismo (Elser et al. 2000b Sterner & Elser 2002). Assim, organismos de crescimento rápido muitas vezes têm alto teor de N e P (Elser et al. 2000b).

Uma questão importante, mas não resolvida, é até que ponto esses fatores interagem - a mudança de temperatura leva, em geral, a uma mudança na composição química? Uma rica literatura estabeleceu que os organismos poiquilotérmicos aclimatados a baixas temperaturas freqüentemente mostram uma extensa reorganização interna (Hochachka & Somero 1984), incluindo células ou corpos maiores (Atkinson 1994 Partridge et al. 1994 Van Voorhies 1996), aumento da atividade enzimática e alteração da composição da membrana (Hazel & Prosser 1974 Hazel 1995) e proliferação de mitocôndrias intracelulares e gotículas lipídicas (Sidell 1998). No entanto, ainda não está claro se esses efeitos individuais, em agregado, resultam em fortes sinais estequiométricos no nível do organismo inteiro. A resposta é importante para compreender os processos bioquímicos fundamentais que ocorrem nos organismos. Além disso, se a temperatura altera sistematicamente a composição química dos indivíduos, esses efeitos podem ser facilmente aparentes em padrões ecológicos e processos envolvendo N e P. Aqui examinamos esta questão usando dados sobre a composição orgânica compilados de uma pesquisa bibliográfica.


Vida sem crescimento

Outra característica das células que a maioria dos biólogos celulares estuda é que você descobre que tem mais células quando retorna ao laboratório pela manhã. É claro que isso é muito útil, mas significa que relativamente pouco trabalho foi feito na biologia celular de células pós-mitóticas ou quiescentes. Essas células formam a maioria dos nossos tecidos e, além de suas características específicas do tipo de célula, sua falta de crescimento torna provável que seu tráfego de membrana e sistemas citoesqueléticos compartilhem características que são distintas daquelas nas células que devem estar continuamente em expansão. até a divisão.


Temperatura corporal

o grau de calor ou frio sensível, expresso em termos de uma escala específica. Consulte a Tabela de Equivalentes de Temperatura nos Apêndices. A temperatura corporal é medida por um termômetro clínico e representa um equilíbrio entre o calor produzido pelo corpo e o calor que ele perde. Embora a produção e a perda de calor variem com as circunstâncias, o corpo os regula, mantendo uma temperatura incrivelmente constante. Um aumento anormal da temperatura corporal é denominado febre.

Regulação da temperatura. Para manter uma temperatura constante, o corpo deve ser capaz de responder às mudanças na temperatura do ambiente. Quando a temperatura externa cai, as terminações nervosas próximas à superfície da pele percebem a mudança e a comunicam ao hipotálamo. Certas células do hipotálamo então sinalizam para um aumento na produção de calor do corpo. Esse calor é conduzido para o sangue e distribuído por todo o corpo. Ao mesmo tempo, o corpo age para conservar seu calor. As arteríolas se contraem para que menos sangue flua perto da superfície do corpo. A pele fica pálida e fria. Às vezes, assume uma cor azulada, resultado de uma mudança de cor no sangue, que ocorre quando o sangue, fluindo lentamente, emite mais oxigênio do que o normal. Outro sinal do cérebro estimula a atividade muscular, que libera calor. Tremer é uma forma dessa atividade e mdasha reflexo muscular que produz calor.

Quando a temperatura externa sobe, o sistema de resfriamento do corpo é acionado. O suor é liberado das glândulas sudoríparas sob a pele e, à medida que evapora, a pele é resfriada. O calor também é eliminado pela evaporação da umidade nos pulmões. Este processo é acelerado pela respiração ofegante.

Um importante regulador do calor corporal é o sistema capilar periférico. Os vasos desse sistema formam uma rede logo abaixo da pele. Quando esses vasos se dilatam, eles permitem que mais sangue quente do interior do corpo flua através deles, onde é resfriado pelo ar circundante.


Deserto e ambiente tropical

5.2.1 Metabolismo Ectotérmico e Endotérmico

Os humanos são organismos endotérmicos. Isso significa que, em contraste com os animais ectotérmicos (poiquilotérmicos), como peixes e répteis, os humanos são menos dependentes da temperatura ambiente externa [6, 7]. Os organismos endotérmicos têm um consumo de energia basal muito maior, que é principalmente necessário para manter a temperatura corporal constante dentro de uma ampla faixa de diferentes temperaturas ambientais. No centro do corpo (cavidades cranianas, torácicas, abdominais), a temperatura do corpo humano é de cerca de 37 ° C. Na periferia (extremidades), é mais baixo e apresenta diferenças regionais (28-36 ° C) (Figura 5.2). Sob condições ambientais ambientais, a temperatura corporal central de 37 ° C é mantida pelos órgãos internos ativos metabólicos permanentes, como cérebro, coração, fígado e trato gastrointestinal por meio de um sistema termorregulador ajustado que ajusta principalmente a perfusão periférica da pele e a evaporação pelas glândulas sudoríparas às necessidades térmicas do corpo [6, 8]. A perda de calor, em condições de repouso, ocorre principalmente por meio da radiação. Em um ambiente quente / quente e sob exercícios extenuantes, o organismo depende da via evaporativa (Figura 5.2).

Figura 5.2. Temperaturas do núcleo e do corpo do corpo sob diferentes temperaturas ambientes em um ambiente frio (20 ° C, painel esquerdo) e um ambiente quente (35 ° C, painel direito).

No entanto, a temperatura corporal central não é consistentemente regular. No decorrer do dia, a temperatura corporal central mostra mudanças cíclicas (ritmo circadiano), e nas mulheres ocorre um padrão mensal devido ao ciclo menstrual. Em organismos ectotérmicos (anfíbios, répteis, peixes), o gradiente de temperatura em comparação com o ambiente é baixo (& lt 5 ° C). Sua temperatura corporal e, portanto, sua atividade, depende em grande parte das condições ambientais externas prevalecentes (termo-conformes). Assim, esses organismos permanecem viáveis ​​(eurytherm) em uma ampla faixa de temperatura e, devido ao baixo metabolismo (bradimetabolismo), podem superar fases mais longas de escassez alimentar. O campo de temperatura dos humanos pode ser subdividido em uma concha corporal e um núcleo corporal (Figura 5.2) [6, 8, 9]. Uma temperatura corporal central de mais de 37,5 ° C é definida como hipertermia abaixo de 35,5 ° C é conhecida como hipotermia. Por definição, as partes do corpo onde as temperaturas do tecido exibem predominantemente 37 ° C são consideradas o núcleo do corpo (homeotérmico). Particularmente nos órgãos metabolicamente ativos, como coração, cérebro e fígado, o calor é produzido permanentemente. Nos membros e na pele, a temperatura média do tecido pode variar amplamente (concha corporal poiquilotérmica). A temperatura do tecido da concha corporal diminui com o aumento da distância do núcleo do corpo, e a concha se aglomera ao redor dele como camadas de cebola (isotérmicas). A estrutura do corpo funciona, por um lado, como isolamento térmico do núcleo do corpo. Por outro lado, a troca de calor com o ambiente ocorre na superfície. A relação do núcleo do corpo com a casca não é mantida constante. Se o calor deve ser emitido, o núcleo do corpo se expande ao nível da pele, facilitando assim a transferência de calor através do leito vascular subcutâneo alargado. Em um ambiente frio, a perda de calor deve ser reduzida para evitar a hipotermia. Assim, a carroceria tem que ser alargada via vasoconstrição, o que leva a um melhor isolamento do núcleo (Figura 5.2). Os humanos requerem uma temperatura corporal central constantemente elevada (homiotérmica = igualmente quente) entre 36,4 e 37,4 ° C. Variações da temperatura corporal central são toleradas apenas em uma faixa muito pequena (estenotérmica). A fim de garantir esta temperatura corporal central constante em um ambiente frio, camadas isolantes são necessárias para reduzir as perdas de calor [8]. Além disso, é necessária uma produção de calor correspondentemente elevada via endotermia e taquimetabolismo. Isso faz com que a taxa metabólica dos organismos endotérmicos seja três a quatro vezes maior do que a dos organismos ectotérmicos. Flutuações na temperatura do ar, umidade relativa do ar e fluxo de ar, bem como a produção interna de calor, requerem um sistema eficaz de termorregulação. Por meio desses mecanismos, os organismos endotérmicos mantêm um gradiente de alta temperatura em comparação com as temperaturas ambientais. Isso permite que eles sejam mais ativos do que os organismos ectotérmicos ao custo de um maior consumo de energia [8, 10].


Temperatura corporal: Animais de sangue quente (homeotérmicos)

Em humanos e outros mamíferos, a regulação da temperatura representa o equilíbrio entre a produção de calor de fontes metabólicas e a perda de calor por evaporação (transpiração) e os processos de radiação, convecção e condução. Em um ambiente frio, o calor corporal é conservado primeiro pela constrição dos vasos sanguíneos próximos à superfície do corpo e, posteriormente, por ondas de contrações musculares, ou tremores, que servem para aumentar o metabolismo. Tremores podem resultar em um aumento máximo de cinco vezes no metabolismo. Abaixo de cerca de 40 ° C (4 ° C), uma pessoa nua não pode aumentar suficientemente a taxa metabólica para repor o calor perdido para o ambiente. Outro mecanismo de conservação de calor, arrepios ou piloereção, levanta os pêlos do corpo, embora não seja especialmente eficaz em humanos, em animais aumenta a espessura da camada isolante de pelos ou penas.

Em um ambiente quente, o calor deve ser dissipado para manter a temperatura corporal. Em humanos, o aumento do fluxo sangüíneo superficial, especialmente para os membros, atua dissipando o calor na superfície. Em temperaturas ambientais acima de 93 ° C (34 ° C), ou em temperaturas mais baixas, quando o metabolismo foi aumentado pelo trabalho, o calor deve ser perdido pela evaporação da água no suor. Pessoas com trabalho ativo podem perder até 4 litros por hora por curtos períodos. No entanto, quando a temperatura e a umidade são altas, a evaporação é desacelerada e a transpiração não é eficaz. A maioria dos mamíferos não tem glândulas sudoríparas, mas se mantêm resfriados ofegando (evaporação pelo trato respiratório) e aumentando a salivação e lambendo a pele e os pelos.

Os mecanismos reguladores da temperatura atuam através do sistema nervoso autônomo e são amplamente controlados pelo hipotálamo do cérebro, que responde aos estímulos dos receptores nervosos da pele. A exposição contínua ao calor ou frio resulta em alguma aclimatação lenta, por exemplo, sudorese mais ativa em resposta ao calor contínuo e um aumento nos depósitos de gordura subcutânea em resposta ao frio contínuo.

Os extremos ambientais podem resultar na falha em manter a temperatura corporal normal. Tanto no aumento da temperatura corporal, ou hipertermia, quanto na diminuição da temperatura corporal, ou hipotermia, pode ocorrer a morte (ver exaustão pelo calor). A hipotermia controlada é usada em alguns tipos de cirurgia para diminuir temporariamente a taxa metabólica. A febre, causada por uma reinicialização do mecanismo regulador da temperatura, é uma resposta a substâncias causadoras da febre, ou pirogênicas, como endotoxinas bacterianas ou extratos de leucócitos. O limite superior da temperatura corporal compatível com a sobrevivência é de cerca de 107 ° C (42 ° C), enquanto o limite inferior varia.

Em humanos, a temperatura interna do corpo se alterna em ciclos de atividades diárias, sendo geralmente mais baixa no início da manhã e ligeiramente mais alta no pico do final da tarde. Nas mulheres humanas também ocorre uma variação mensal de temperatura relacionada ao ciclo ovulatório. Em muitos mamíferos e pássaros, a temperatura corporal mostra variações cíclicas mais pronunciadas do que em humanos. Por exemplo, em hibernadores, a temperatura corporal pode baixar apenas alguns graus acima da temperatura ambiente durante os períodos de dormência. Os hibernadores mamíferos despertam espontaneamente e em seu período ativo são homeotérmicos.

The Columbia Electronic Encyclopedia, 6ª ed. Copyright © 2012, Columbia University Press. Todos os direitos reservados.

Veja mais artigos da Enciclopédia em: Anatomia e Fisiologia


Recursos interativos para escolas

Home / Homeostase - açúcar no sangue e temperatura

Temperatura do núcleo

A temperatura no centro do corpo e não na superfície da pele

Açúcar no sangue

O açúcar (glicose) dissolvido no sangue na faixa normal é 4,0 - 7,8 mmol / l

Homeostase

A manutenção de um ambiente interno constante no corpo

Glucagon

Hormônio produzido pelo pâncreas. Ele faz com que o fígado converta o glicogênio de volta em glicose e a libere na corrente sanguínea.

Glossário

Uma lista de palavras frequentemente difíceis ou especializadas com suas definições.

Insulina

Hormônio produzido pelo pâncreas. Ele permite que as células do corpo absorvam e armazenem glicose.

Enzima

Moléculas de proteína reutilizáveis ​​que agem como catalisadores biológicos, mudando a taxa de reações químicas no corpo sem serem afetadas por si mesmas

Puberdade

O tempo de desenvolvimento gradual das características sexuais secundárias e maturidade sexual.

Glicose

Um tipo de açúcar: um monossacarídeo com 6 átomos de carbono (um açúcar hexose).

Unidade básica a partir da qual todos os organismos vivos são constituídos, consistindo em uma membrana celular que envolve o citoplasma e um núcleo.

Homeostase - equilíbrio de açúcar e controle de temperatura

A homeostase descreve as funções do seu corpo que trabalham para manter o seu ambiente interno constante dentro de uma faixa muito estreita. Dois aspectos importantes da homeostase são o equilíbrio dos níveis de açúcar no sangue e a manutenção da temperatura corporal.

Seu corpo é composto de milhões de células que precisam que as condições dentro de seu corpo sejam as mais constantes possíveis para que possam funcionar corretamente. No entanto, tudo o que você faz tende a mudar suas condições internas.

Você introduz milhões de novas moléculas em seu corpo quando come e digere alimentos. Os níveis de açúcar no sangue disparam depois de uma refeição - mas as células gastam a glicose rapidamente quando você se exercita intensamente. Você libera energia térmica sempre que se movimenta, a quantidade de água que entra e se perde de seu corpo varia o tempo todo e suas células estão constantemente produzindo resíduos tóxicos (consulte Homeostase - rins e equilíbrio hídrico).

Os níveis de açúcar no sangue em seu corpo são coordenados por hormônios, substâncias químicas que regulam e equilibram o funcionamento de órgãos e células. Os hormônios são produzidos nas glândulas endócrinas e são transportados pelo corpo até seus órgãos-alvo na corrente sanguínea.

Alguns hormônios têm efeitos de longo prazo, por exemplo, os hormônios que controlam como você cresce e as mudanças que acontecem na puberdade. Outros hormônios têm efeitos de curto prazo. Os hormônios insulina e glucagon que controlam os níveis de açúcar no sangue são assim.

É importante que a temperatura central do seu corpo permaneça dentro de uma faixa muito pequena para que as enzimas nas células do seu corpo funcionem corretamente. Sua pele é um dos órgãos mais importantes no controle da temperatura corporal.


Conteúdo

O que é rúmen bovino (e outras partes do estômago bovino)?

Os bovinos (da subfamília dos bovinos) são únicos, pois possuem quatro compartimentos estomacais para digerir seus alimentos. Esses compartimentos são rúmen, retículo, omaso e abomaso. Destes, o rúmen é o maior compartimento e pode conter até 50 galões de comida e outras substâncias ingeridas. A parte mais importante sobre o rúmen é que ele contém uma grande quantidade de diferentes micróbios, incluindo bactérias, fungos, protozoários e outros. Retículo, ou "favo de mel", é a parte responsável pela ruminação (ou ruminação) e pela retenção de substâncias duras e indigestíveis como pedras, pregos ou fios que podem ser ingeridos acidentalmente enquanto o bovino está pastando. Se o retículo for perfurado ou lesionado por metal ou outros objetos pontiagudos, isso pode levar à reticuloperitonite traumática, ou "doença de hardware", e é muito importante que isso não aconteça (1). Omasum, ou "muitas pilhas", é um compartimento em forma de dobras em forma de folha que atua como uma porta de entrada para o abomaso. Seu papel principal é enviar substâncias grandes de volta ao rúmen e retículo, enquanto permite que substâncias menores e bem decompostas passem para o abomaso. Já o abomaso, também chamado de "estômago verdadeiro", é muito semelhante ao estômago humano, pois é responsável pela produção de ácidos e enzimas para quebrar as proteínas, e envia o quimo para o intestino delgado (2).

No rúmen, existem bilhões de micróbios vivendo de maneira simbiótica. Existem cerca de 25 a 50 bilhões de bactérias e 200 a 500 mil protozoários. Esses micróbios ajudam o bovino a decompor a comida ingerida, enquanto o bovino fornece abrigo e nutrientes. Sem eles, os bovinos teriam dificuldade em digerir fibras e amidos vegetais e produzir ácidos graxos úteis. Os bovinos podem comer uma grande variedade de alimentos porque têm muitos tipos diferentes de micróbios para ajudá-los a digerir. Eles comem e ruminam / regurgitam o bolo alimentar incompletamente mastigado de volta à boca para que possam mastigar novamente. Esse processo ajuda os micróbios a terem acesso a alimentos mastigados com mais precisão para facilitar a digestão microbiana. Eles podem até comer uréia porque os micróbios podem usar nitrogênio não proteico para criar aminoácidos. Os micróbios também produzem outras substâncias essenciais, como vitaminas B e C (2).

Embora o sistema microbiano do rúmen seja uma fábrica poderosa para o consumo de alimentos, ele também é sensível a mudanças repentinas nos tipos de alimentos. Por exemplo, se o bovino está acostumado a se alimentar de altos níveis de fibra e baixos níveis de amido, o rúmen está equipado com mais micróbios digestores de fibra. Então, se o conteúdo do alimento mudar repentinamente para alto teor de amido e baixo teor de fibra, o bovino não será capaz de digerir adequadamente os alimentos. Isso pode levar a uma diminuição repentina do pH, já que o amido simplesmente fica no rúmen e fermenta, podendo causar doenças prejudiciais como a acidose. Portanto, é fundamental manter constante a nutrição dos bovinos, principalmente das vacas e bois domésticos (2).

Os bovinos também são responsáveis ​​pela produção de grandes quantidades de gás metano, devido a muitos metanógenos como as cepas de Methanobrevibacter, Methanomicrobium, Methanobacterium, e Methanosarcina vivendo no rúmen. Cerca de 6% do que comem se perde como gás metano. Isso tem sido levantado em questões sobre o aquecimento global, e os efeitos do metano bovino no meio ambiente estão sendo pesquisados ​​(3).

Condições físicas

O interior do rúmen bovino tende a apresentar pH em torno de 6,5 a 7,2. A desnutrição, como a alimentação excessiva de amido, pode diminuir drasticamente o nível de pH e pode ser muito prejudicial para os bovinos. 20-35 galões de saliva produzidos por dia fornecem bicarbonato de sódio para manter o pH consistente para o crescimento dos micróbios. A maior parte da água da saliva não é desperdiçada, mas reciclada no corpo (2).

Por estar dentro da cavidade do corpo bovino, o nível de oxigênio no rúmen é baixo ou ausente, portanto é uma condição anaeróbia. A absorção dos carboidratos e ácidos graxos voláteis é feita pelo epitélio do rúmen, que permite que o suco ruminal escoe por entre as células. Para aumentar a área de superfície de absorção, a mucosa ruminal contém numerosas papilas cônicas (1).

A temperatura de um bovino saudável tende a variar de 37,8 ° C a 40,0 ° C, sendo os órgãos centrais em torno da extremidade superior. A temperatura do bovino depende principalmente da parte do corpo e da hora do dia. Para o diferencial de partes do corpo, quanto mais próximo do centro, mais alta se torna a temperatura. Assim, a temperatura do rúmen está em torno de 40,0 ° C. Além disso, o conteúdo ruminal tende a fermentar a 40,0 ° C, de modo que funciona como um sistema de autoaquecimento central. A temperatura da pele pode ser de 10 a 20 ° C mais baixa do que a temperatura central. Além disso, a hora do dia faz diferença na temperatura corporal dos bovinos. A temperatura geralmente é mais amena pela manhã após o descanso e mais quente à noite após um longo dia de atividade muscular. Estudos recentes demonstraram que as interações hormonais após o parto também podem afetar a temperatura corporal da vaca fêmea. A faixa de temperatura corporal saudável é bastante estreita e, portanto, é muito importante mantê-la para realizar as funções metabólicas e microbianas normais (4).

Essas condições mostram que os micróbios do rúmen são mesófilos anaeróbios obrigatórios que só crescem em condições não extremas.

Meio Ambiente (Habitat Bovino)

O ambiente em que vivem diferentes bovinos pode fazer uma grande diferença na função e fisiologia do rúmen. O exemplo mais conhecido de bovino pelos americanos é a vaca doméstica. Uma vez que esses animais são domesticados, eles são encontrados em áreas agrícolas em todo o mundo. Alguns são mantidos em fazendas bem compactadas e outros podem pastar em pastagens. Essas pastagens não são fertilizadas para produzir qualquer fonte de alimento para o gado. Os bovinos que pastam normalmente comem grama, caules e outros materiais vegetais (5). O rúmen de uma vaca tem um pH bastante padrão de 5,8 a 6,2 e uma temperatura de 100 a 108 ° F. O pH depende do número de micróbios encontrados no rúmen, que é determinado pelo tipo e quantidade de alimento que está sendo consumido do meio ambiente. O rúmen ácido, junto com os micróbios que ali vivem, ajudam a fermentar e quebrar a celulose da grama. O meio ambiente também tem impacto no tamanho do rúmen, que em uma vaca doméstica é de 60 a 80 litros. Como o gado come muito capim, um grande rúmen é necessário para acomodar um grande volume de alimento (6).

Outro exemplo específico de bovino é o iaque selvagem. Os iaques selvagens vivem em áreas de terras altas, como colinas, planícies e regiões montanhosas, todas carentes de árvores. Geralmente são encontrados nas regiões montanhosas do sudoeste da China, bem como no planalto tibetano (7). Os iaques tendem a ingerir menos comida do que outros bovinos, o que lhes dá um rúmen muito menor. O rúmen menor dá ao iaque uma taxa de escoamento de fluido ruminal menor do que o gado típico. Essa taxa é de apenas 3,1 a 3,5 litros por hora. Essa taxa de fluxo depende de muitos fatores do ambiente, alguns desses fatores sendo a solidez do alimento, a temperatura do ar e o tamanho das partículas do alimento. Os iaques também produzem mais ácidos graxos voláteis do que outros ruminados. Esses ácidos graxos podem afetar a capacidade de fermentação no rúmen. Essa maior produção de ácidos graxos voláteis está diretamente relacionada ao volumoso de que se alimenta o iaque (8).

Outro tipo de bovino é o búfalo d'água, também conhecido como búfalo asiático selvagem. Esses búfalos são encontrados onde a água é facilmente disponível, geralmente em pastagens baixas, bosques ou florestas adjacentes a um corpo d'água (9). Os búfalos alimentam-se de uma variedade maior de alimentos do que o gado. Eles tendem a comer ervas daninhas secas junto com plantas aquáticas, chegando a mergulhar até 2 metros sob as águas da enchente apenas para pastar. Assim como o iaque, o búfalo produz uma quantidade maior de ácidos graxos voláteis e os produz mais rapidamente do que o gado. Isso também se deve ao volumoso disponível no ambiente (10). Em comparação com o gado bovino, o búfalo tem um pH muito semelhante, embora haja uma população maior de bactérias no rúmen. More specifically, water buffalo rumen containes more bacteria and fungus, but lower amounts of protozoa. Since water buffalo have a more diverse feed, they use a higher diversity of organisms in the rumen to digest the food (11).

The environment is a huge determinant on the physical properties of the rumen among different bovine species. The amount of nutrition a species consumes can determine the size of the rumen. The types of food available in the environment can change the pH as well as the microbes living in the rumen. Some species often have different rate of outflow coming out of the rumen. All these differences are determined by the environment in which the specific bovine lives.

Nutrition

When a bovine eats, billions of bacteria, protozoa, yeast, and molds in the rumen help the animal to be able to eat and digest the great amount of grasses (protozoa and bacteria doing most of the work). They all live in a symbiotic manner with the cow, helping to breakdown difficult substances while living in a suitable niche. These microbes can aid in the digestion of many foods such as hay, grass, grain, corn, and even urea. When microbes breakdown and digest plant fiber they produce volatile fatty acids which are then absorbed into the rumen, supplying about 60 to 80% of the cow’s energy. The microbes also produce essential amino acids from the proteins in which the cow consumes (2).

A proper nutrition is important for bovine heath, especially for domestic cows raised for their milk or beef. Inadequate or unbalanced nutrition can lead to many problems including poor growth, increased cases of illness, and lower rates of reproduction. As previously described, bovine nutrition consists mostly of grasses, weeds and plants, but proper nutrition is not that simple. For example, the domestic cow requires a strict diet to remain healthy and maintain a well-functioning rumen. Some rules that producers must abide by are that diets should contain no wore than 5% fat, fiber should be kept between 30 to 70% of daily intake, and cattle that graze in fields with high concentration of legumes must be supplied with ionophores or poloxolene. All these rules were created so to promote a health rumen (2).

Nutrition can even be manipulated to manage milk composition. By maximizing the function of the rumen through feeding, milk component percentages and production are also optimized. A producer of milk cows can increase the feed intake of his cattle and cause an increase in milk production. Producers can also manage other factors so to manipulate the protein and fat percentages of the milk. For example, by decreasing the amount of fiber or by increasing the nonfiber carbohydrates, milk fat is decrease and protein is increased. When fiber is rationed, rumen fermentation causes an increase in propionic acid, causing and decrease in the percentage of milk fat. Also, by decreasing the crude proteins intake, a producer can cause a decrease in milk protein. By adjusting the nutrition of the cow, rumen function can be manipulated so to increase or decrease the percentage of milk fat and protein (12).


Which bacteria hang out in belly buttons? Here’s a who’s who

What’s in your belly button? Not just lint. A teen did some science to find out what microbes were living in people’s navels.

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PITTSBURGH, Pa. — For Kathleen Schmidt, 18, the biggest challenge in her research was finding people willing to swab their belly buttons. Her tiny town of Ashley, N.D., has only 600 residents — and most weren’t too willing to bare their bellies for science. “I got a lot of no’s,” the teen recalls. “Even my sister wouldn’t let me swab hers.” But with a lot of begging, the senior at Ashley Public School got her volunteers. She used swabs of their belly buttons to create a who’s who of the microbes living on — and in — our navels.

Belly buttons — or navels — are leftovers. They mark the spot where the umbilical cord once linked mother and child. As the baby was developing in the womb, the umbilical cord served as the pipeline delivering food and oxygen. It also carried away wastes.

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After birth, the umbilical cord gets cut, leaving behind a scar affectionately known as the belly button. Some people have navels that are little hollows, sometimes called “innies.” Others have belly buttons that stick out, called “outies.” All are good spots for bacteria to hang out. “Because it’s warm and moist,” Kathleen notes, “a belly button is the perfect place for bacteria to grow, especially innies.”

Scientists Say: Microbiome

The microbes living in navels are part of their hosts’ microbiome — the community of microscopic organisms such as bacteria, viruses and fungi that live on and in all animals and plants. Some types of microbes can cause illness. Many can help protect the body from other, nasty bacteria.

“I love people and I also love bacteria a lot,” Kathleen says, and “I wanted to do a project where I could combine them both.” While she was reading scientific papers, she came across a study by Robert Dunn. He’s an ecologist at North Carolina State University in Raleigh. And in 2012, his team published a paper in the journal PLOS ONE. They, too, had been studying the microbes that lived in belly buttons. “It inspired me, the stuff he found,” Kathleen explains. “I wanted to find some of this stuff!”

After asking around her town for three weeks, the teen came up with 40 volunteers. There was an even mix of males and females. Kathleen also selected her navels carefully, dividing them into four age groups, with 10 people in each. The recruits swabbed their belly buttons. Kathleen then rubbed the swabs on agar plates — plastic disks filled with a gel that bacteria like to eat.

The teen kept her plates in an incubator for three days at roughly body temperature: 37.5° Celsius (or 99.5° Fahrenheit). Then she drove her plates several hours to the University of Mary in Bismarck, N.D. There, with the help of biologist Christine Fleischacker, Kathleen used a microscope to identify and count the microbes growing on her plates.

“I found a lot of bacteria,” she says. “Most of it was Bacillus [a genus of bacteria] which is very good. If you want a bacterium in your bellybutton — and you do — it’s Bacillus. It…fights off bad bacteria.” Kathleen also found bacterial from other genuses, which are groups of closely related species. These included Estafilococo (or staph). This germ can cause disease if it gets into the wrong places. Many of the bacteria she found in her navel samples were similar to bacteria that Dunn and his group had reported before.

Who has which belly button bugs?

Most of the time, there was no difference between males and females, the teen found. The exception? Women ages 14 to 29 harbored fewer bacteria than did men in their age group. And for good reason. “When I asked how many of [the volunteers] cleaned their bellybuttons, all 5 females said they did,” Kathleen recalls. “Only two of the males said they cleaned on the daily.”

The biggest differences were not a matter of whether the hosts were clean or dirty, but instead their age. Adult volunteers had many more types of bacteria in their navels. But while the communities inhabiting adult navels were more diverse, children had belly buttons with many more individual bacteria.

And what about the outies and innies? “Outies primarily only have Bacillus and staph,” she says. Innies tended to have more diverse mixes of bacteria. One even harbored a fungus.

Kathleen shared her navel results here, this week, at the Intel International Science and Engineering Fair (ISEF). Created by Society for Science & the Public, or SSP, and sponsored by Intel, the competition this year brought together students from 81 countries. The nearly 1,800 competitors showed off the science-fair projects that won them a spot as a finalist at this year’s event. (SSP also publishes Notícias de ciência para estudantes and this blog).

It may seem like silly science, but in fact it’s important to figure out which bacteria live on our skin. “People should be aware of what’s on their body, how it affects them and the world,” Kathleen says.

“This is amazing,” Dunn says, after learning of the work he inspired in Kathleen. “I love that she thought to focus in on things we missed.”

The teen’s project has only made her love of microbes stronger. “This is what I’m going to do for the rest of my life,” she says. “I love it so much.” She’s already gotten a job for the fall, when she starts college at North Dakota State University in Fargo. She’ll be working in a microbiology lab, of course.

Palavras de Poder

agar A gelatinous material made from certain marine algae used as a material (and food source) in which to grow bacteria.

bactérias (singular: bacterium) Single-celled organisms. These dwell nearly everywhere on Earth, from the bottom of the sea to inside other living organisms (such as plants and animals).

bacterial Having to do with bacteria, single-celled organisms. These dwell nearly everywhere on Earth, from the bottom of the sea to inside animals.

biologia The study of living things. The scientists who study them are known as biologists.

blog Short for web log, these internet posts can take the form of news reports, topical

colleague Someone who works with another a co-worker or team member.

ecology A branch of biology that deals with the relations of organisms to one another and to their physical surroundings. A scientist who works in this field is called an ecologist.

Engenharia The field of research that uses math and science to solve practical problems.

fungus (plural: fungos) One of a group of single- or multiple-celled organisms that reproduce via spores and feed on living or decaying organic matter. Examples include mold, yeasts and mushrooms.

gel Um material pegajoso ou viscoso que pode fluir como um líquido espesso.

genus (plural: genera) A group of closely related species. For example, the genus Canis &mdash which is Latin for &ldquodog&rdquo &mdash includes all domestic breeds of dog and their closest wild relatives, including wolves, coyotes, jackals and dingoes.

Intel International Science and Engineering Fair (Intel ISEF) Initially launched in 1950, this competition is one of three created (and still run) by the Society for Science & the Public. Each year now, approximately 1,800 high school students from more than 75 countries, regions, and territories are awarded the opportunity to showcase their independent research at Intel ISEF and compete for an average of $4 million in prizes.

journal (in science) A publication in which scientists share their research findings with experts (and sometimes even the public). Some journals publish papers from all fields of science, technology, engineering and math, while others are specific to a single subject. The best journals are peer-reviewed: They send all submitted articles to outside experts to be read and critiqued. The goal, here, is to prevent the publication of mistakes, fraud or sloppy work.

microbe Short for microorganism. A living thing that is too small to see with the unaided eye, including bacteria, some fungi and many other organisms such as amoebas. Most consist of a single cell.

microbiology The study of microorganisms, principally bacteria, fungi and viruses. Scientists who study microbes and the infections they can cause or ways that they can interact with their environment are known as microbiologists.

microbiome The scientific term for the entirety of the microorganisms &mdash bacteria, viruses, fungi and more &mdash that take up permanent residence within the body of a human or other animal.

microscópio An instrument used to view objects, like bacteria, or the single cells of plants or animals, that are too small to be visible to the unaided eye.

microscópico Um adjetivo para coisas pequenas demais para serem vistas a olho nu. It takes a microscope to view objects this small, such as bacteria or other one-celled organisms.

organism Any living thing, from elephants and plants to bacteria and other types of single-celled life.

Society for Science & the Public A nonprofit organization created in 1921 and based in Washington, D.C. Since its founding, SSP has been not only promoting public engagement in scientific research but also the public understanding of science. It created and continues to run three renowned science competitions: the Regeneron Science Talent Search (begun in 1942), the Intel International Science and Engineering Fair (initially launched in 1950) and Broadcom MASTERS (created in 2010). SSP also publishes award-winning journalism: in Science News (launched in 1922) and Science News for Students (created in 2003). Those magazines also host a series of blogs (including Eureka! Lab).

species A group of similar organisms capable of producing offspring that can survive and reproduce.

staph Short for Staphylococcus aureus. It's a species of bacteria that is responsible for a number of serious human infections. It can cause surface abscesses, or boils. If it gets into the bloodstream, where it can be carried throughout the body, it may also cause pneumonia and infections of the joints or bones.

waste Any materials that are left over from biological or other systems that have no value, so they can be disposed of as trash or recycled for some new use.

womb Another name for the uterus, the organ in mammals in which a fetus grows and matures in preparation for birth.

Sobre Bethany Brookshire

Bethany Brookshire foi uma redatora de longa data da Notícias de ciência para estudantes. Ela tem um Ph.D. em fisiologia e farmacologia e gosta de escrever sobre neurociência, biologia, clima e muito mais. Ela acha que Porgs é uma espécie invasora.

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