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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E12 - Termorregulación Regional (Endotermia en Atunes y Tiburones)
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3079
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Producción de calor metabólico
¿Qué origina el calor que permite elevar la temperatura regional?
Grupo 2: Grupo 2: Transporte convectivo sanguíneo
¿Cómo transporta la sangre el calor entre músculo, rete y branquias?
Grupo 3: Grupo 3: Intercambio térmico a contraflujo
¿Cómo recupera el rete mirabile el calor de la sangre venosa?
Grupo 4: Grupo 4: Retención y pérdidas de calor
¿Qué balance determina cuánto calor queda en el núcleo muscular?
Grupo 5: Grupo 5: Exceso de temperatura regional
¿Qué determina la diferencia de temperatura músculo–agua?
Grupo 6: Grupo 6: Efecto térmico sobre rendimiento
¿Cómo se convierte la temperatura elevada en mayor rendimiento muscular?
Grupo 7: Grupo 7: Escalamiento con nado y tamaño
¿Cómo cambian la endotermia y su observable con velocidad y masa corporal?
ID:1042
Grupo 1: Grupo 1: Producción de calor metabólico
Descripción
¿Qué origina el calor que permite elevar la temperatura regional?
Pregunta clave: ¿Qué origina el calor que permite elevar la temperatura regional?
El exceso de temperatura que el músculo alcanza respecto a la del agua circundante es proporcional a la tasa a la que el músculo rojo, que trabaja de forma continua, produce calor metabólico, dividida por las pérdidas de calor que ese músculo sufre hacia el ambiente. La transferencia de calor entre esa arteria y esa vena adyacentes es lo bastante rápida como para que la sangre arterial llegue al músculo ya calentada, reteniendo así el calor metabólico dentro del núcleo muscular en vez de perderlo hacia las branquias y, desde ahí, hacia el agua. La efectividad de ese intercambiador de calor, es decir, qué fracción del calor metabólico logra retener en vez de perder, depende de la relación entre la conductancia térmica del propio intercambiador y el caudal de calor que la sangre transporta por convección: cuanto mayor es esa conductancia térmica en relación con el caudal de calor que hay que retener, más efectivo resulta el intercambiador reteniendo calor. El mecanismo físico detrás de esta endotermia regional es el intercambiador de calor de contraflujo vascular: la sangre arterial fría que llega desde las branquias pasa por capilares que están justo al lado de los capilares venosos que devuelven la sangre caliente desde el músculo. La endotermia regional es la capacidad que tienen ciertos peces —los atunes, los marlines, los peces espada, los tiburones mako y el tiburón blanco— de mantener la temperatura de sus músculos locomotores, de su cerebro o de sus ojos significativamente por encima de la temperatura del agua que los rodea, gracias a intercambiadores de calor de contraflujo especializados, un rete mirabile térmico.
ID:5083
Grupo 2: Grupo 2: Transporte convectivo sanguíneo
Descripción
¿Cómo transporta la sangre el calor entre músculo, rete y branquias?
Pregunta clave: ¿Cómo transporta la sangre el calor entre músculo, rete y branquias?
El mecanismo físico detrás de esta endotermia regional es el intercambiador de calor de contraflujo vascular: la sangre arterial fría que llega desde las branquias pasa por capilares que están justo al lado de los capilares venosos que devuelven la sangre caliente desde el músculo. La transferencia de calor entre esa arteria y esa vena adyacentes es lo bastante rápida como para que la sangre arterial llegue al músculo ya calentada, reteniendo así el calor metabólico dentro del núcleo muscular en vez de perderlo hacia las branquias y, desde ahí, hacia el agua. La efectividad de ese intercambiador de calor, es decir, qué fracción del calor metabólico logra retener en vez de perder, depende de la relación entre la conductancia térmica del propio intercambiador y el caudal de calor que la sangre transporta por convección: cuanto mayor es esa conductancia térmica en relación con el caudal de calor que hay que retener, más efectivo resulta el intercambiador reteniendo calor.
ID:5084
Grupo 3: Grupo 3: Intercambio térmico a contraflujo
Descripción
¿Cómo recupera el rete mirabile el calor de la sangre venosa?
Pregunta clave: ¿Cómo recupera el rete mirabile el calor de la sangre venosa?
El mecanismo físico detrás de esta endotermia regional es el intercambiador de calor de contraflujo vascular: la sangre arterial fría que llega desde las branquias pasa por capilares que están justo al lado de los capilares venosos que devuelven la sangre caliente desde el músculo. La endotermia regional es la capacidad que tienen ciertos peces —los atunes, los marlines, los peces espada, los tiburones mako y el tiburón blanco— de mantener la temperatura de sus músculos locomotores, de su cerebro o de sus ojos significativamente por encima de la temperatura del agua que los rodea, gracias a intercambiadores de calor de contraflujo especializados, un rete mirabile térmico. La efectividad de ese intercambiador de calor, es decir, qué fracción del calor metabólico logra retener en vez de perder, depende de la relación entre la conductancia térmica del propio intercambiador y el caudal de calor que la sangre transporta por convección: cuanto mayor es esa conductancia térmica en relación con el caudal de calor que hay que retener, más efectivo resulta el intercambiador reteniendo calor. La transferencia de calor entre esa arteria y esa vena adyacentes es lo bastante rápida como para que la sangre arterial llegue al músculo ya calentada, reteniendo así el calor metabólico dentro del núcleo muscular en vez de perderlo hacia las branquias y, desde ahí, hacia el agua.
ID:5085
Grupo 4: Grupo 4: Retención y pérdidas de calor
Descripción
¿Qué balance determina cuánto calor queda en el núcleo muscular?
Pregunta clave: ¿Qué balance determina cuánto calor queda en el núcleo muscular?
El exceso de temperatura que el músculo alcanza respecto a la del agua circundante es proporcional a la tasa a la que el músculo rojo, que trabaja de forma continua, produce calor metabólico, dividida por las pérdidas de calor que ese músculo sufre hacia el ambiente. La transferencia de calor entre esa arteria y esa vena adyacentes es lo bastante rápida como para que la sangre arterial llegue al músculo ya calentada, reteniendo así el calor metabólico dentro del núcleo muscular en vez de perderlo hacia las branquias y, desde ahí, hacia el agua. El comportamiento esperado es que ese exceso de temperatura del músculo escala positivamente tanto con la velocidad de nado como con el tamaño corporal del pez, de modo que los atunes grandes, de más de cincuenta kilogramos, pueden mantener su músculo entre diez y veinte grados por encima de la temperatura del agua circundante, la misma diferencia de temperatura respecto al agua que se describió al comienzo de este modelo como la característica distintiva de la endotermia regional. La endotermia regional es la capacidad que tienen ciertos peces —los atunes, los marlines, los peces espada, los tiburones mako y el tiburón blanco— de mantener la temperatura de sus músculos locomotores, de su cerebro o de sus ojos significativamente por encima de la temperatura del agua que los rodea, gracias a intercambiadores de calor de contraflujo especializados, un rete mirabile térmico. El mecanismo físico detrás de esta endotermia regional es el intercambiador de calor de contraflujo vascular: la sangre arterial fría que llega desde las branquias pasa por capilares que están justo al lado de los capilares venosos que devuelven la sangre caliente desde el músculo.
ID:5086
Grupo 5: Grupo 5: Exceso de temperatura regional
Descripción
¿Qué determina la diferencia de temperatura músculo–agua?
Pregunta clave: ¿Qué determina la diferencia de temperatura músculo–agua?
El comportamiento esperado es que ese exceso de temperatura del músculo escala positivamente tanto con la velocidad de nado como con el tamaño corporal del pez, de modo que los atunes grandes, de más de cincuenta kilogramos, pueden mantener su músculo entre diez y veinte grados por encima de la temperatura del agua circundante, la misma diferencia de temperatura respecto al agua que se describió al comienzo de este modelo como la característica distintiva de la endotermia regional. Esta endotermia regional le permite al atún nadar en aguas frías manteniendo una potencia muscular alta, porque la contracción muscular es más rápida y más poderosa a una temperatura más alta, el mismo tipo de dependencia entre temperatura y velocidad de los procesos biológicos descrita en el modelo de colapso térmico de esta colección; de este modo, la endotermia regional le da al atún una ventaja de rendimiento en entornos donde la temperatura del agua varía. La endotermia regional es la capacidad que tienen ciertos peces —los atunes, los marlines, los peces espada, los tiburones mako y el tiburón blanco— de mantener la temperatura de sus músculos locomotores, de su cerebro o de sus ojos significativamente por encima de la temperatura del agua que los rodea, gracias a intercambiadores de calor de contraflujo especializados, un rete mirabile térmico. El exceso de temperatura que el músculo alcanza respecto a la del agua circundante es proporcional a la tasa a la que el músculo rojo, que trabaja de forma continua, produce calor metabólico, dividida por las pérdidas de calor que ese músculo sufre hacia el ambiente. A diferencia de los mamíferos, que son endotermos completos y regulan la temperatura de todo su cuerpo, estos peces son endotermos regionales: solo ciertas regiones de su cuerpo están termorreguladas, mientras el resto permanece en equilibrio térmico con el agua.
ID:5087
Grupo 6: Grupo 6: Efecto térmico sobre rendimiento
Descripción
¿Cómo se convierte la temperatura elevada en mayor rendimiento muscular?
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte la temperatura elevada en mayor rendimiento muscular?
Esta endotermia regional le permite al atún nadar en aguas frías manteniendo una potencia muscular alta, porque la contracción muscular es más rápida y más poderosa a una temperatura más alta, el mismo tipo de dependencia entre temperatura y velocidad de los procesos biológicos descrita en el modelo de colapso térmico de esta colección; de este modo, la endotermia regional le da al atún una ventaja de rendimiento en entornos donde la temperatura del agua varía. El comportamiento esperado es que ese exceso de temperatura del músculo escala positivamente tanto con la velocidad de nado como con el tamaño corporal del pez, de modo que los atunes grandes, de más de cincuenta kilogramos, pueden mantener su músculo entre diez y veinte grados por encima de la temperatura del agua circundante, la misma diferencia de temperatura respecto al agua que se describió al comienzo de este modelo como la característica distintiva de la endotermia regional. La transferencia de calor entre esa arteria y esa vena adyacentes es lo bastante rápida como para que la sangre arterial llegue al músculo ya calentada, reteniendo así el calor metabólico dentro del núcleo muscular en vez de perderlo hacia las branquias y, desde ahí, hacia el agua.
ID:5088
Grupo 7: Grupo 7: Escalamiento con nado y tamaño
Descripción
¿Cómo cambian la endotermia y su observable con velocidad y masa corporal?
Pregunta clave: ¿Cómo cambian la endotermia y su observable con velocidad y masa corporal?
El comportamiento esperado es que ese exceso de temperatura del músculo escala positivamente tanto con la velocidad de nado como con el tamaño corporal del pez, de modo que los atunes grandes, de más de cincuenta kilogramos, pueden mantener su músculo entre diez y veinte grados por encima de la temperatura del agua circundante, la misma diferencia de temperatura respecto al agua que se describió al comienzo de este modelo como la característica distintiva de la endotermia regional. La endotermia regional es la capacidad que tienen ciertos peces —los atunes, los marlines, los peces espada, los tiburones mako y el tiburón blanco— de mantener la temperatura de sus músculos locomotores, de su cerebro o de sus ojos significativamente por encima de la temperatura del agua que los rodea, gracias a intercambiadores de calor de contraflujo especializados, un rete mirabile térmico. Esta endotermia regional le permite al atún nadar en aguas frías manteniendo una potencia muscular alta, porque la contracción muscular es más rápida y más poderosa a una temperatura más alta, el mismo tipo de dependencia entre temperatura y velocidad de los procesos biológicos descrita en el modelo de colapso térmico de esta colección; de este modo, la endotermia regional le da al atún una ventaja de rendimiento en entornos donde la temperatura del agua varía.
ID:5089