Las focas del Ártico han desarrollado muchas adaptaciones para hacer frente a su gélido entorno, como sus conductos nasales más enrevesados que las especies de focas que viven en entornos más templados. Los investigadores explican que estas estructuras ayudan a las focas a retener más eficazmente el calor y la humedad al inspirar y espirar.
"Gracias a esta elaborada estructura de sus fosas nasales, las focas árticas pierden menos calor a través del intercambio de calor nasal que las focas subtropicales cuando ambas están expuestas a las mismas condiciones --afirma la autora correspondiente y fisicoquímica Signe Kjelstrup, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología--. Esto supone una ventaja evolutiva, especialmente en el Ártico, donde la pérdida de calor es disipación de energía, que debe reponerse con comida".
Según indica, "lo sorprendente es que estas focas árticas retienen el 94% del agua cuando inspiran y espiran. Esto significa que la mayor parte del agua añadida al aire durante la inhalación se recupera luego durante la exhalación".
En ambientes fríos y secos, los animales pierden calor y humedad con sólo respirar. La mayoría de los mamíferos y aves tienen en el interior de sus fosas nasales unos complejos huesos llamados maxiloturbinatos que ayudan a minimizar este riesgo. Estos estantes óseos porosos están cubiertos por una capa de tejidos mucosos ricamente vascularizados que calientan y humidifican el aire inhalado, lo que es importante para la función pulmonar, y reducen la cantidad de calor y humedad que se pierde durante la exhalación.
Sin embargo, la estructura de estos huesos varía según la especie. El equipo de Kjelstrup demostró anteriormente que las narices de los renos permiten un intercambio de calor eficaz en condiciones de frío, pero como los renos no viven en entornos diversos, recurrieron a las focas para comprobar si hay algo especial en las narices de los animales árticos.
"No se pueden encontrar renos en medio del Mediterráneo, pero las focas viven en muchos entornos diferentes, así que nos permitieron poner a prueba esta cuestión --explica Kjelstrup--. Y sabíamos por un estudio anterior que las narices de las focas árticas son como esponjas y muy densas, mientras que la nariz de las focas mediterráneas tiene una estructura más abierta".
Los investigadores utilizaron para su estudio, publicado en el Biophysical Journal, la tomografía por ordenador para hacer modelos en 3D de las cavidades nasales/maxiloturbinadas de una especie de foca del Ártico, la foca barbuda ('Erignathus barbatus'), y de una especie subtropical, la foca monje del Mediterráneo ('Monachus monachus').
A continuación, utilizaron modelos de disipación de energía para comparar la capacidad de las focas para calentar y humedecer el aire durante la inhalación y para reducir la pérdida de calor y humedad durante la exhalación. El equipo probó ambas focas en condiciones árticas (-30ºC) y a 10ºC, lo que representaría un día frío para una foca monje del Mediterráneo. También ajustaron diferentes parámetros del modelo para identificar las características geométricas de la cavidad nasal que son importantes para su función.
El modelo indicaba que las focas del Ártico son mucho más eficientes que las focas subtropicales a la hora de retener el calor y el intercambio de agua tanto a temperaturas ambientales árticas como mediterráneas. A -30°C, las focas subterráneas perdían 1,45 veces más calor y 3,5 veces más agua por ciclo respiratorio que las focas árticas, y a 10°C, las focas subterráneas perdían 1,5 veces más calor y 1,7 veces más agua.
Esta ventaja se debió a la cavidad nasal más compleja y densa de la foca ártica. En concreto, los investigadores demostraron que el mayor perímetro de las maxiloturbinadas de la foca ártica es clave para limitar la disipación de energía a bajas temperaturas ambientales.
El estudio investigó la humedad y la pérdida de calor por ciclo respiratorio (es decir, durante una inhalación y una exhalación), pero el papel de la frecuencia respiratoria sigue sin estar claro. Esto es especialmente complicado en el caso de las focas, que pausan su respiración durante minutos seguidos cuando bucean.
En el futuro, los investigadores esperan estudiar las estructuras nasales de otras especies para ver si diferentes estructuras proporcionan ventajas evolutivas en otros entornos. "El camello, por ejemplo, no necesita ahorrar mucho calor, pero sí agua, por lo que cabe especular que podría decirnos algo sobre la importancia relativa de ambas cosas", dice Kjelstrup.
En última instancia, los investigadores planean utilizar esta información para diseñar intercambiadores de calor y sistemas de ventilación más eficientes. "Si la naturaleza consigue crear intercambiadores de calor tan buenos, creo que deberíamos copiarlos en ingeniería para crear procesos más eficientes, por ejemplo, en los aparatos de aire acondicionado", sugiere Kjelstrup.
