Torpore

Negli animali il torpore è uno stato di attività fisiologica ridotta, caratterizzato, di solito, da una diminuita temperatura corporea e da valori metabolici più bassi. Il torpore permette agli animali di sopravvivere a periodi di minor disponibilità di cibo o a condizioni meteorologiche avverse^[1]. Può anche caratterizzare il periodo di bassa temperatura corporea e di ridotta attività del metabolismo di durata inferiore a i 24 ore, come avviene nel "torpore quotidiano".

Perimyotis subflavus in torpore

Tra gli animali che subiscono torpore quotidiano vi sono uccelli (anche piccoli colibrì, in particolare Cypselomorphae)^[2][3] e alcuni mammiferi, tra cui molte specie di marsupiali^[4][5], specie di roditori (come topi), e pipistrelli^[6]. Durante la parte della giornata che l'animale conduce in maniera attiva, si mantengono livelli normali di temperatura e di attività del corpo, ma il tasso metabolico e la temperatura corporea scendono durante una parte del giorno (di solito la notte) per risparmiare energia^[7][8]. Il torpore è spesso usato per aiutare gli animali a sopravvivere durante i periodi di temperature più rigide, in quanto consente loro di risparmiare l'energia che, di norma, è impiegata per mantenere una temperatura corporea elevata.

Alcuni animali vanno incontro a lunghi periodi stagionali di inattività, con ridotta temperatura corporea e di metabolismo, caratterizzata da molteplici attacchi di torpore. Questo evento è noto come ibernazione, se si verifica durante l'inverno, o estivazione, se si verifica durante l'estate. Il torpore quotidiano, d'altra parte, non dipende dalle stagioni e può essere una parte importante di risparmio energetico in qualsiasi periodo dell'anno^[7][8].

Il torpore è un processo termoregolatore ben controllato e non, come si pensava, il risultato dello spegnimento della termoregolazione^[8][9].

Evoluzione

L'evoluzione del torpore ha probabilmente accompagnato lo sviluppo dell'omeotermia^[10]. Gli animali in grado di mantenere una temperatura corporea superiore alla temperatura ambiente quando altri membri della sua specie non lo fanno avrebbero un vantaggio di fitness. I benefici del mantenimento delle temperature interne includono un aumento del tempo di foraggiamento e una minore suscettibilità a cali estremi di temperatura^[10]. Questo adattamento dell'aumento della temperatura corporea al foraggio è stato osservato nei piccoli mammiferi notturni quando si svegliano per la prima volta la sera^[11][12].

Sebbene l'omeotermia offra vantaggi come livelli di attività aumentati, i piccoli mammiferi e gli uccelli che mantengono una temperatura corporea interna spendono fino a 100 volte più energia a basse temperature ambientali rispetto agli ectotermi^[13]. Per far fronte a questa sfida, questi animali mantengono una temperatura corporea molto più bassa, rimanendo appena al di sopra della temperatura ambiente piuttosto che alla normale temperatura operativa. Questa riduzione della temperatura corporea e del tasso metabolico consente la sopravvivenza prolungata degli animali in grado di entrare in stati di torpore.

Nel 2020, gli scienziati hanno riportato prove del torpore nel Lystrosaurus vissuto circa 250 milioni di anni fa in Antartide, la più antica prova di uno stato simile al letargo in un animale vertebrato^[14][15][16].

Funzioni

Il rallentamento del metabolismo per conservare energia in periodi di risorse insufficienti è lo scopo principale del torpore^[17]. Questa conclusione si basa in gran parte su studi di laboratorio in cui è stato osservato che il torpore segue la privazione di cibo^[18]. Esistono prove di altre funzioni adattive del torpore in cui gli animali vengono osservati in contesti naturali:

Ritmo circadiano durante il torpore

Gli animali che possono entrare in torpore si affidano a ritmi biologici come i ritmi circadiani e circannuali per continuare le funzioni naturali. Diversi animali gestiscono il loro ritmo circadiano in modo diverso e in alcune specie si osserva un'interruzione completa (come nei criceti europei). Altri organismi, come l'orso nero, entrano in torpore e passano a cicli di più giorni piuttosto che affidarsi a un ritmo circadiano. Tuttavia, si osserva che sia gli orsi in cattività che quelli selvatici esprimono ritmi circadiani simili quando entrano in torpore. Gli orsi che entrano in torpore in una tana simulata senza luce esprimevano ritmi normali ma poco funzionali. Lo stesso è stato osservato negli orsi selvatici che si rintanano in aree naturali. La funzione dei ritmi circadiani negli orsi neri, bruni e polari suggerisce che il loro sistema di torpore sia evolutivamente avanzato^[19].

Conservazione dell'energia nei piccoli uccelli

Calypte anna in torpore notturno durante una fredda notte invernale (-8 °C) vicino a Vancouver. L'uccello è rimasto in torpore con una posizione invariata per più di 12 ore.

È stato dimostrato che il torpore è una strategia dei piccoli uccelli migratori per preservare le riserve di energia del loro corpo^[7][8][20]. È stato osservato che i colibrì, riposando di notte durante la migrazione, entravano in torpore, il che aiutava a conservare le riserve di grasso durante la migrazione o le notti fredde ad alta quota^[7][18][20].

Questa strategia di utilizzare il torpore per preservare le riserve di energia, come il grasso, è stata osservata anche nelle cinciallegre svernanti^[21]. Le Poecile atricapillus, che vivono nelle foreste temperate del Nord America, non migrano verso sud durante l'inverno. La cinciallegra può mantenere una temperatura corporea di 12 °C inferiore al normale. Questa riduzione del metabolismo le consente di conservare il 30% delle riserve di grasso accumulate il giorno precedente^[21].

Vantaggio in ambienti con fonti di cibo imprevedibili

Il torpore può essere una strategia degli animali con scorte di cibo imprevedibili^[22]. Ad esempio, i roditori che vivono ad alta latitudine usano il torpore stagionalmente quando non si riproducono. Questi roditori usano il torpore come mezzo per sopravvivere all'inverno e vivere per riprodursi nel successivo ciclo riproduttivo quando le fonti di cibo sono abbondanti, separando i periodi di torpore dal periodo di riproduzione. Il pipistrello Nyctophilus bifax usa il torpore durante l'inverno ed è in grado di svegliarsi e cercare cibo durante i periodi caldi^[23]. Alcuni animali usano il torpore durante il loro ciclo riproduttivo, come si vede in habitat imprevedibili^[22]. Sopportano il costo di un periodo di riproduzione prolungato, ma la ricompensa è la sopravvivenza per potersi riprodurre^[22].

Sopravvivenza durante le estinzioni di massa

Si suppone che questo uso quotidiano del torpore possa aver permesso la sopravvivenza durante gli eventi di estinzione di massa^[24]. Gli eterotermi costituiscono solo quattro dei 61 mammiferi confermati estinti negli ultimi 500 anni^[24]. Il torpore consente agli animali di ridurre il fabbisogno energetico, consentendo loro di sopravvivere meglio in condizioni difficili.

Competizione tra specie

La competizione interspecifica si verifica quando due specie richiedono la stessa risorsa per la produzione di energia^[25]. Il torpore aumenta la fitness nel caso di competizione interspecifica con il topo Acomys cahirinus^[25]. Quando il topo Acomys russatus dorato sperimenta una ridotta disponibilità di cibo a causa della sovrapposizione della dieta con il topo spinoso comune, trascorre più tempo in uno stato di torpore.

Resistenza ai parassiti dei pipistrelli

È stato dimostrato che un calo della temperatura dovuto al torpore riduce la capacità dei parassiti di riprodursi^[26]. Nelle zone temperate, i tassi di riproduzione degli ectoparassiti sui pipistrelli diminuiscono quando i pipistrelli entrano in torpore. Nelle regioni in cui i pipistrelli non subiscono torpore, i parassiti mantengono un tasso di riproduzione costante durante tutto l'anno.

Applicazioni nei viaggi spaziali

Nel 2013, SpaceWorks Engineering ha iniziato a studiare un modo per ridurre drasticamente i costi di una spedizione umana su Marte, sottoponendo l'equipaggio a un letargo prolungato per 90-180 giorni. Viaggiare in letargo ridurrebbe le funzioni metaboliche degli astronauti e minimizzerebbe i requisiti di supporto vitale durante le missioni pluriennali^[27].

Negli anni 2020, anche la NASA e l'Agenzia spaziale europea hanno iniziato a studiare il torpore negli animali per lo stesso scopo^[28][29].