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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Thermoregulation in small mammals = from mechanisms at the organism level to ecological consequences = Termorregulação em pequenos mamíferos: mecanismos no nível do organismo com consequências ecológicas
Title Alternative: Termorregulação em pequenos mamíferos : mecanismos no nível do organismo com consequências ecológicas
Author: Silva, Barbara Henning, 1982-
Advisor: Reis, Sérgio Furtado dos, 1952-
Abstract: Resumo: Termorregulação em organismos homeotermos endotermos é o processo de manutenção da temperatura do corpo aproximadamente constante por meio de mecanismos que regulam o equilíbrio entre produção de calor metabólico e troca de calor com o ambiente, independentemente da variação na temperatura ambiente. Calor metabólico é produzido principalmente no núcleo do corpo e transportado para a superfície onde ocorre a troca de calor com o ambiente. A taxa de produção de calor é regulada em função da temperatura ambiente e aumentar a taxa de produção de calor é fundamental para a manutenção da temperatura corpórea em ambientes frios. Esse aumento ocorre principalmente por meio de tremor muscular ou termogênese sem tremor. Organismos variam quanto a capacidade de termogênese sem tremor, podendo haver consequências sobre traços de história de vida e, portanto, sobre a aptidão. A troca de calor na superfície depende de propriedades físicas do ambiente e de propriedades biológicas da superfície do organismo como isolamento, densidade vascular, ajuste vasomotor e área superficial. Essas propriedades biológicas variam entre regiões do corpo, resultando em heterogeneidade superficial quanto a capacidade de troca de calor. Investigamos o fenômeno de termorregulação em pequenos mamíferos sob a perspectiva de processos fisiológicos que ocorrem em nível do organismo com consequências ecológicas. Em nível do organismo, investigamos como a variação espacial de temperatura e propriedades biológicas na superfície do pequeno marsupial Gracilinanus microtarsus influenciam a troca de calor com o ambiente. A modelagem biofísica do processo de troca evidenciou as consequências da heterogeneidade superficial, resultando na variação da importância das regiõees do corpo para troca de calor em função da temperatura ambiente. Em G. microtarsus, as superfícies do corpo cobertas por pelagem governam as trocas de calor quando o indivíduo é exposto a baixas temperaturas ambiente e as superfícies não cobertas por pelagem ganham importância no processo de troca em ambientes quentes. Essa complexidade intrínseca ao processo de troca de calor na superfície evidencia a necessidade de uma melhor compreensão desse processo para o entendimento do fenômeno de termorregulação. Sob uma perspectiva ecológica, investigamos como a variação interindividual na capacidade de termogênese sem tremor influencia traços de história de vida e, consequentemente, a aptidão. Linhagens do pequeno roedor, Microtus arvalis, selecionados artificialmente em direções opostas quanto a capacidade de termogênese sem tremor têm curvas de crescimento e respostas fisiológicas diferentes quando expostas a temperaturas ambiente opostas. No frio, indivíduos com alta capacidade de geração de calor crescem mais rápido do que indivíduos com baixa capacidade e em temperatura termoneutra, indivíduos de ambas as linhagens crescem com a mesma taxa. Como esperado teoricamente, os limites fisiológicos de termorregulação do organismo influenciam a sua capacidade de sobreviver aos desafios ambientais, com consequências para a sua aptidão

Abstract: Thermoregulation in homeotherms endotherms is the process that maintains the body temperature approximately constant by regulating the balance between metabolic heat production and heat exchange with the ambient, independently of the variation of ambient temperature. Metabolic heat is produced at the body core of the organism and it is transported to the body surface where it is exchanged with the ambient. Heat production rate is regulated as a function of ambient temperature and the increase in the rate of heat production is the fundamental mechanism for the maintenance of body temperature at cold ambient temperatures. Metabolic heat production rate is increased by means of shivering thermogenesis or nonshivering thermogenesis. Organisms vary in the capacity of heat production by nonshivering thermogenesis and this variation affects life history traits, having consequences for fitness. Heat exchange across the organism surface depends on surface characteristics such as surface insulation, vascularization, vasomotor adjustment and area. These characteristics vary across body regions of the organism, thus the organism surface is heterogeneous regarding the heat exchange capacity. We investigated thermoregulation phenomena in small mammals as a function of physiological processes at the organism level and their ecological consequences. At the organismal level, we investigated how spatial variation on the surface temperature of the small marsupial Gracilinanus microtarsus affects heat exchange with the ambient for the maintenance of the body temperature. Biophysical modelling of the heat exchange processes across the surface evidenced the consequences of surface heterogeneity for determining variation in the importance of heat exchange across body regions as a function of ambient temperature. Furred surfaces have great importance for the total heat exchange of individuals at low ambiente temperatures, whereas furless surfaces become more important for the total heat exchange of individuals at warm ambiente temperatures. The intrinsic complexity of the heat exchange process highlights the need for a deeper understanding of this process to achieve a better comprehension of thermoregulation phenomena. From an ecological point of view, we investigated how interindividual variation in metabolic heat production capacity affects life history traits, and consequently, fitness. Lineages of the small wild rodent, Microtarsus arvalis, artificially selected on opposite directions for nonshivering thermogenesis showed growth curves dependent on lineage by ambient temperature interaction effects. At cold ambient temperatures, individuals with high nonshivering thermogenesis capacity grow better than organisms with low nonshivering thermogenesis capacity. On the other hand, at thermoneutral temperatures, individuals from both lineages grow at the same rate. Altogether, these results show that physiological limits of thermoregulation might define the capacity of organisms to survive the environmental challenges imposed by climate change events, with consequences for fitness
Subject: Mamífero
Termografia
Termogenese
Marsupial
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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