Rata topo desnuda - Naked mole-rat

Rata topo desnuda Rango temporal: 4,3–0  Ma Pre Ꞓ O S D C PAG T J K Pg norte ↓ Plioceno temprano - reciente
Estado de conservación
Preocupación menor  ( IUCN 3.1 )
clasificación cientifica
Reino:	Animalia
Filo:	Chordata
Clase:	Mammalia
Pedido:	Rodentia
Parvorder:	Phiomorpha
Familia:	Heterocephalidae Landry, 1957; Patterson, 2014
Género:	Heterocephalus Rüppell, 1842
Especies:	H. glaber
Nombre binomial
Heterocephalus glaber Rüppell , 1842
Distribución de la rata topo desnuda

La rata topo desnuda ( Heterocephalus glaber ), también conocida como cachorro de arena , es un roedor excavador originario de partes del este de África . Está estrechamente relacionado con los blesmoles y es la única especie del género Heterocephalus de la familia Heterocephalidae . La rata topo desnuda y la rata topo Damaraland ( Fukomys damarensis ) son mamíferos eusociales , la clasificación más alta de sociabilidad. Tiene un conjunto muy inusual de rasgos físicos que le permiten prosperar en un ambiente subterráneo hostil y es el único termoconformador de mamíferos , casi completamente ectotérmico (de sangre fría) en la forma en que regula la temperatura corporal.

La rata topo desnuda carece de sensibilidad al dolor en la piel y tiene tasas metabólicas y respiratorias muy bajas . Aunque anteriormente se consideraba que pertenecía a la misma familia que otras ratas topo africanas, Bathyergidae , una investigación más reciente la ubica en una familia separada, Heterocephalidae. La rata topo desnuda también es notable por su longevidad y su resistencia al cáncer y a la falta de oxígeno .

Descripción

Los individuos típicos miden de 8 a 10 cm (3 a 4 pulgadas) de largo y pesan de 30 a 35 gramos (1,1 a 1,2 oz). Las reinas son más grandes y pueden pesar más de 50 gramos (1.8 oz), la más grande alcanza los 80 gramos (2.8 oz). Están bien adaptados a su existencia subterránea. Sus ojos son bastante pequeños y su agudeza visual es pobre. Sus patas son delgadas y cortas; sin embargo, son muy hábiles para moverse bajo tierra y pueden retroceder tan rápido como avanzar. Sus dientes grandes y salientes se usan para cavar y sus labios están sellados justo detrás de los dientes, evitando que la tierra les llene la boca mientras cavan. Aproximadamente una cuarta parte de su musculatura se utiliza para cerrar las mandíbulas mientras excavan. Tienen poco pelo (de ahí el nombre común) y piel arrugada de color rosa o amarillento. Carecen de una capa aislante en la piel.

Fisiología

Metabolismo y respiración

La rata topo desnuda está bien adaptada a la limitada disponibilidad de oxígeno dentro de los túneles de su hábitat típico. Tiene pulmones subdesarrollados y su hemoglobina tiene una alta afinidad por el oxígeno, lo que aumenta la eficiencia de la absorción de oxígeno. Tiene una tasa metabólica y respiratoria muy baja para un animal de su tamaño, alrededor del 70% de la de un ratón, por lo que utiliza oxígeno mínimamente. En respuesta a largos períodos de hambre, su tasa metabólica se puede reducir hasta en un 25 por ciento.

La rata topo desnuda sobrevive durante al menos 5 horas en aire que contiene sólo un 5% de oxígeno; no muestra ningún signo significativo de angustia y continúa con su actividad normal. Puede vivir en una atmósfera de 80% CO
₂y 20% de oxígeno. En una atmósfera sin oxígeno, puede sobrevivir 18 minutos aparentemente sin sufrir ningún daño (pero ninguno sobrevivió a una prueba de 30 minutos). Durante el período anóxico pierde el conocimiento, su frecuencia cardíaca cae de aproximadamente 200 a 50 latidos por minuto y la respiración se detiene, aparte de los intentos esporádicos de respiración. Cuando se le priva de oxígeno, el animal usa fructosa en su glucólisis anaeróbica , produciendo ácido láctico . Esta vía no se inhibe por la acidosis como ocurre con la glucólisis de la glucosa. A partir de 2017, no se sabía cómo la rata topo desnuda sobrevive a la acidosis sin daño tisular.

Termorregulación

La rata topo desnuda no regula su temperatura corporal de la forma típica de los mamíferos. Son termoconformadores en lugar de termorreguladores en el sentido de que, a diferencia de otros mamíferos, la temperatura corporal rastrea la temperatura ambiente. Sin embargo, también se ha afirmado que "la rata topo desnuda tiene un ritmo de actividad y temperatura distinto que no está asociado a las condiciones ambientales". La relación entre el consumo de oxígeno y la temperatura ambiente cambia de un patrón poiquilotérmico típico a un modo homeotérmico cuando la temperatura es de 29 ° C o más. A temperaturas más bajas, las ratas topo desnudas pueden utilizar la termorregulación del comportamiento. Por ejemplo, las ratas topo desnudas y frías se apiñan o buscan partes poco profundas de las madrigueras que son calentadas por el sol. Por el contrario, cuando se calientan demasiado, las ratas topo desnudas se retiran a las partes más profundas y frías de las madrigueras.

Insensibilidad al dolor

La piel de las ratas topo desnudas carece de neurotransmisores en sus fibras sensoriales cutáneas . Como resultado, las ratas topo desnudas no sienten dolor cuando se exponen al ácido o la capsaicina . Cuando se les inyecta la sustancia P , un tipo de neurotransmisor, la señalización del dolor funciona como en otros mamíferos, pero solo con capsaicina y no con ácidos. Se propone que esto sea una adaptación al animal que vive en altos niveles de dióxido de carbono debido a espacios de vida mal ventilados que causarían la acumulación de ácido en sus tejidos corporales.

La deficiencia de sustancia P de las ratas topo desnudas también se ha relacionado con su falta del comportamiento de picazón y rascado inducido por histamina típico de los roedores.

Resistencia al cáncer

Las ratas topo desnudas tienen una alta resistencia a los tumores, aunque es probable que no sean completamente inmunes a los trastornos relacionados. Un mecanismo potencial que evita el cáncer es un gen de "superpoblación", p16 , que evita la división celular una vez que las células individuales entran en contacto (conocido como " inhibición por contacto "). Las células de la mayoría de los mamíferos, incluidas las ratas topo desnudas, sufren una inhibición por contacto a través del gen p27 que impide la reproducción celular a una densidad celular mucho más alta que la p16. La combinación de p16 y p27 en células desnudas de rata topo es una doble barrera para la proliferación celular descontrolada, una de las características del cáncer .

En 2013, los científicos informaron que la razón por la que las ratas topo desnudas no contraen cáncer se puede atribuir a un " hialuronano de masa molecular extremadamente alta " (HMW-HA) (una sustancia azucarada natural), que es más de "cinco veces más grande". que en los seres humanos propensos al cáncer y los animales de laboratorio susceptibles al cáncer. El informe científico se publicó un mes después como artículo de portada de la revista Nature . Unos meses más tarde, el mismo equipo de investigación de la Universidad de Rochester anunció que las ratas topo desnudas tienen ribosomas que producen proteínas extremadamente libres de errores. Debido a estos dos descubrimientos, la revista Science nombró a la rata topo desnuda como "Vertebrado del año" en 2013.

En 2016, se publicó un informe que registró las primeras neoplasias malignas descubiertas en dos ratas topo desnudas, en dos individuos. Sin embargo, ambas ratas topo desnudas nacieron en cautiverio en zoológicos y, por lo tanto, vivían en un ambiente con un 21% de oxígeno atmosférico en comparación con su 2-9% natural, lo que puede haber promovido la tumorigénesis.

La rata topo ciega de los Altos del Golán ( Spalax golani ) y la rata topo ciega de las Montañas Judeas ( Spalax judaei ) también son resistentes al cáncer, pero por un mecanismo diferente.

Longevidad

La rata topo desnuda también es interesante porque tiene una vida extraordinariamente larga para un roedor de su tamaño (hasta 32 años) y tiene el récord del roedor más longevo. La tasa de mortalidad de la especie no aumenta con la edad y, por lo tanto, no se ajusta a la de la mayoría de los mamíferos (como se define con frecuencia en la ley de mortalidad de Gompertz-Makeham ). Las ratas topo desnudas son altamente resistentes al cáncer y mantienen una función vascular saludable durante más tiempo que las ratas de vida más corta. La razón de su longevidad es debatida, pero se cree que está relacionada con su capacidad para reducir sustancialmente su metabolismo durante tiempos difíciles y así prevenir el daño inducido por el envejecimiento por estrés oxidativo . A esto se le ha llamado "vivir su vida en pulsos". Su longevidad también se ha atribuido a la "estabilidad de las proteínas". Debido a su extraordinaria longevidad, se puso en marcha un esfuerzo internacional para secuenciar el genoma de la rata topo desnuda. Un borrador del genoma estuvo disponible en 2011 con una versión mejorada lanzada en 2014. Su número somático es 2n = 60. La secuenciación adicional del transcriptoma reveló que los genes relacionados con las mitocondrias y los procesos de oxidación y reducción tienen altos niveles de expresión en la rata topo desnuda en comparación con ratones, lo que puede contribuir a su longevidad.

Se compararon los transcriptomas de reparación del ADN del hígado de humanos, ratas topo desnudas y ratones. La esperanza de vida máxima de los seres humanos, las ratas topo desnudas y los ratones son respectivamente c. 120, 30 y 3 años. Las especies de vida más larga, los humanos y las ratas topo desnudas, expresaron genes de reparación del ADN, incluidos genes centrales en varias vías de reparación del ADN, a un nivel más alto que los ratones. Además, varias vías de reparación del ADN en humanos y ratas topo desnudas se regularon positivamente en comparación con los ratones. Estos hallazgos sugieren que una mayor reparación del ADN facilita una mayor longevidad y también son consistentes con la teoría del envejecimiento del daño al ADN .

Tamaño

Las hembras reproductoras se convierten en la hembra dominante, por lo general, al fundar nuevas colonias, luchar por la posición dominante o tomar el control una vez que la hembra reproductora muere. Estas hembras reproductoras tienden a tener cuerpos más largos que el de sus contrapartes no reproductoras del mismo ancho de cráneo. Las medidas de las hembras antes de que se volvieran reproductivas y después muestran aumentos significativos en el tamaño corporal. Se cree que este rasgo no se debe a diferencias morfológicas preexistentes sino al logro real de la posición femenina dominante. Al igual que con las hembras reproductoras, los machos reproductores también parecen ser más grandes en tamaño que sus contrapartes no reproductoras, pero no tanto como en el caso de las hembras. Estos machos también tienen contornos visibles de los testículos a través de la piel de su abdomen. A diferencia de las hembras, suele haber varios machos reproductores.

Cronobiología

El hábitat subterráneo de la rata topo desnuda impone restricciones a su ritmo circadiano . Al vivir en una oscuridad constante , la mayoría de las personas poseen un patrón de actividad de carrera libre y están activas tanto de día como de noche, durmiendo durante períodos cortos de tiempo varias veces entre ellos.

Ecología y comportamiento

Distribución y hábitat

La rata topo desnuda es nativa de las partes más secas de las praderas tropicales de África oriental, predominantemente el sur de Etiopía , Kenia y Somalia .

Grupos de entre 75 y 80 individuos viven juntos en complejos sistemas de madrigueras en los áridos desiertos africanos. Los sistemas de túneles construidos por ratas topo desnudas pueden extenderse hasta de tres a cinco kilómetros (2-3 millas) de longitud acumulada.

Roles

La rata topo desnuda es el primer mamífero descubierto que exhibe eusocialidad . La rata topo de Damaraland ( Cryptomys damarensis ) es el único otro mamífero eusocial que se conoce actualmente.

Esta estructura eusocial de las ratas topo desnudas es similar a la que se encuentra en las hormigas , las termitas y algunas abejas y avispas . Solo una hembra (la reina) y uno a tres machos se reproducen, mientras que el resto de los miembros de la colonia funcionan como trabajadores. La reina y los machos reproductores pueden reproducirse al año de edad. Los trabajadores son estériles, y los más pequeños se concentran en recolectar alimentos y mantener el nido, mientras que los trabajadores más grandes son más reactivos en caso de ataque. Las hembras que no se reproducen parecen tener supresión reproductiva, lo que significa que los ovarios no maduran completamente y no tienen los mismos niveles de ciertas hormonas que las hembras que se reproducen. Por otro lado, hay poca diferencia en la concentración de hormonas entre los machos reproductores y no reproductores. En los experimentos en los que la hembra reproductora fue extraída o murió, una de las hembras no reproductivas se haría cargo y se volvería sexualmente activa. Los miembros de la colonia que no se reproducen están involucrados en el cuidado cooperativo de los cachorros producidos por la hembra reproductora. Esto ocurre cuando los trabajadores evitan que los cachorros se extravíen, busquen comida, los acicalen, contribuyan a la extensión de los túneles y los mantengan calientes.

Reina y gestación

Las relaciones entre la reina y los machos reproductores pueden durar muchos años; otras hembras son temporalmente estériles. Las reinas viven de 13 a 18 años y son extremadamente hostiles hacia otras hembras que se comportan como reinas o producen hormonas para convertirse en reinas. Cuando la reina muere, otra hembra toma su lugar, a veces después de una violenta lucha con sus competidoras. Una vez establecido, el cuerpo de la nueva reina expande el espacio entre las vértebras de su columna vertebral para alargarse y estar listo para tener cachorros.

La gestación es de unos 70 días. Por lo general, una camada varía de tres a doce cachorros, pero puede llegar a tener veintiocho. El tamaño medio de la camada es de once. En la naturaleza, las ratas topo desnudas generalmente se reproducen una vez al año, si la camada sobrevive. En cautiverio, se reproducen durante todo el año y pueden producir una camada cada 80 días. Las crías nacen ciegas y pesan alrededor de 2 gramos (0.07 oz). La reina los amamanta durante el primer mes; después de lo cual los otros miembros de la colonia les dan papilla fecal hasta que tienen la edad suficiente para comer alimentos sólidos.

Trabajadores

Los trabajadores más pequeños se centran en adquirir alimentos y mantener los túneles, mientras que los trabajadores más grandes son más reactivos en caso de ataques. Como en ciertas especies de abejas, los trabajadores se dividen a lo largo de un continuo de diferentes comportamientos de casta de trabajadores en lugar de grupos discretos. Algunos funcionan principalmente como tuneladores, expandiendo la gran red de túneles dentro del sistema de madrigueras, y algunos principalmente como soldados , protegiendo al grupo de depredadores externos . Hay dos tipos principales de trabajadores, los "trabajadores frecuentes" que con frecuencia realizan tareas como la búsqueda de alimento y la construcción de nidos y los "trabajadores poco frecuentes" que muestran una superposición de roles con los "trabajadores frecuentes" pero que se desempeñan a un ritmo mucho más lento. Las trabajadoras son estériles cuando no hay una nueva función reproductiva que desempeñar.

Dispersores

La endogamia es un fenómeno común entre las ratas topo desnudas dentro de una colonia. La endogamia prolongada generalmente se asocia con una menor aptitud. Sin embargo, el descubrimiento de un papel dispersor ha revelado un mecanismo de exogamia además de la evitación de la endogamia . Los dispersores son morfológica, fisiológica y conductualmente distintos de los miembros de la colonia y buscan activamente abandonar su madriguera cuando se presenta una oportunidad de escape. Estos individuos están equipados con generosas reservas de grasa para su viaje. Aunque poseen altos niveles de hormona luteinizante , los dispersores solo están interesados ​​en aparearse con individuos de colonias extranjeras en lugar de con la reina de su propia colonia. También muestran poco interés en trabajar en cooperación con los miembros de la colonia en su madriguera natal. Por lo tanto, la forma de dispersión está bien preparada para promover el intercambio de individuos y de material genético entre dos colonias que de otro modo serían separadas.

Colonias

Las colonias varían en tamaño de 20 a 300 individuos, con un promedio de 75.

Elección de pareja femenina

Las ratas topo desnudas hembras reproductivamente activas tienden a asociarse con machos desconocidos (generalmente no parientes), mientras que las hembras inactivas reproductivamente no discriminan. La preferencia de las hembras reproductivamente activas por los machos desconocidos se interpreta como una adaptación para evitar la endogamia. Se evita la endogamia porque normalmente conduce a la expresión de alelos deletéreos recesivos.

Dieta

Las ratas topo desnudas se alimentan principalmente de tubérculos muy grandes (que pesan hasta mil veces el peso corporal de una rata topo típica) que encuentran en las profundidades de la tierra a través de sus operaciones mineras. Un solo tubérculo puede proporcionar a una colonia una fuente de alimento a largo plazo, que dura meses o incluso años, ya que se comen el interior pero dejan el exterior, lo que permite que el tubérculo se regenere. Las bacterias simbióticas en sus intestinos fermentan las fibras, lo que permite que la celulosa, que de otro modo no sería digerible, se convierta en ácidos grasos volátiles.

Las ratas topo desnudas a veces también comen sus propias heces . Esto puede ser parte de su comportamiento eusocial y un medio para compartir hormonas de la reina.

Depredadores

Las ratas topo desnudas son presas principalmente de serpientes, especialmente la serpiente picuda rufa y la boa de arena de Kenia , así como también varias aves rapaces . Son más vulnerables al construir montículos y expulsar tierra a la superficie.

Estado de conservación

Las ratas topo desnudas no están amenazadas. Están muy extendidos y son numerosos en las regiones más secas de África Oriental .

El arca de la foto

Una rata topo desnuda que vive en el Lincoln Children's Zoo fue el primer animal en ser fotografiado para el proyecto de National Geographic , The Photo Ark , que tiene el objetivo de fotografiar todas las especies que viven en zoológicos y santuarios de vida silvestre en todo el mundo para inspirar la acción. para salvar la vida silvestre.

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos

• Vea el ensamblaje del genoma hetGla2 en UCSC Genome Browser .