I topolini si “spengono” per sopravvivere al freddo estremo sulle cime delle montagne più alte

È l’inizio del 2019, e il biologo Jay Storz fa fatica a respirare. È appena arrivato in cima al Llullaillaco, un vulcano cileno alto circa tre quarti del Monte Everest, alla ricerca di una voce.

A questa altezza, l’aria è sottile, quindi non c’è molto ossigeno e ogni passo è uno sforzo. Il collega di Storz, Mario Perez Mamani, scorge del movimento tra le rocce e Storz entra in azione. Fa una presa di successo e si siede indietro, sorridendo. Nel suo pugno c’è l’animale più alto del mondo: Un topo dalle orecchie a foglia gialle (Phyllotis xanthopygus rupestris).

Sono un biologo canadese che fa parte di un team internazionale di scienziati che include Storz; studiamo i topi di montagna per imparare come gli animali si adattano agli ambienti estremi. Quando si tratta di vivere la vita in alto, i piccoli roditori e i lagomorfi (parenti dei conigli) sono gli indiscussi campioni d’alta quota dalle Ande all’Himalaya. La nostra specie di studio, il topo cervo nordamericano (Peromyscus maniculatus), si trova dal livello del mare alla cima delle più alte Montagne Rocciose, dandogli la più ampia gamma altitudinale di qualsiasi mammifero sul continente.

Sopravvivere in ambienti estremi come un cucciolo

Le cime delle montagne sono alcuni degli ambienti più estremi sulla Terra, e molte cime sono gelide tutto l’anno. Per i piccoli topi, questo può essere un grosso problema. La loro superficie è grande rispetto alla loro massa, quindi perdono calore rapidamente.

La maggior parte degli animali a sangue caldo come gli uccelli e i mammiferi – endotermi – usano l’energia del cibo per produrre il proprio calore e impedire che la loro temperatura corporea scenda troppo. I mammiferi usano i muscoli per rabbrividire o un tipo speciale di grasso chiamato tessuto adiposo marrone che produce calore senza rabbrividire. Sia il muscolo che il grasso bruno hanno bisogno di energia e ossigeno per produrre calore.

L’ossigeno scarseggia sulla cima di una montagna, ma i topi d’alta quota hanno trovato un modo per aggirare questo problema. Le popolazioni d’alta quota del topo cervo nordamericano, originario delle Montagne Rocciose e delle Montagne Bianche, si sono evolute per massimizzare la produzione di calore. Il loro grasso bruno e il muscolo scheletrico sono macchine brucia grassi, e i loro sistemi cardiovascolari e respiratori specializzati forniscono tutto l’ossigeno e il carburante necessari. Massimizzare la produzione di calore significa che un topo adulto ha maggiori probabilità di sopravvivere sulla fredda cima della montagna.

Generare calore per la sopravvivenza

Alcuni mammiferi nascono con meccanismi di generazione di calore completamente funzionanti. Ma per molte specie, questi sistemi maturano dopo la nascita. In questi animali – compresi gli esseri umani e i topi – il grasso bruno matura per primo e si assume la produzione precoce di calore.

A livello del mare, il grasso bruno di un topolino impiega circa otto giorni per svilupparsi. A quel punto, i bambini, o cuccioli, hanno triplicato le loro dimensioni e stanno iniziando a crescere il pelo. In altre due brevi settimane, saranno abbastanza grandi per lasciare la casa, ma queste prime settimane sono infide. L’alto rischio di predazione e i costi energetici della crescita fanno sì che meno della metà dei topolini nati in natura raggiunga l’età adulta.

Ma i topi d’alta quota hanno evoluto una strategia sorprendente per aiutare a sopravvivere a questa prima fase della vita: si lasciano raffreddare. La nostra ricerca ha scoperto che i sistemi di produzione di calore dei cuccioli di topo cervo d’alta quota maturano lentamente rispetto ai topi di altitudini inferiori. Quando abbiamo esaminato i geni responsabili di questi tratti, abbiamo scoperto che sia nel grasso bruno che nel muscolo scheletrico, le vie metaboliche associate alla produzione di calore erano spente nei cuccioli d’alta quota, che dovevano contare sulle loro madri per il calore.

I roditori madri si siedono sui loro cuccioli mentre li allattano, tenendoli al caldo. Se i cuccioli non possono produrre il proprio calore, la loro temperatura corporea scenderà lentamente quando la madre non c’è.

Tolleranza al freddo

Gli esseri umani vanno in ipotermia se il nostro corpo scende di 2 C, quindi questo può sembrare pericoloso. Ma i topolini sono notevolmente tolleranti al freddo. La loro temperatura corporea può scendere quasi fino al congelamento per ore, riscaldandosi di nuovo quando la madre ritorna.

La nostra ricerca ci porta a credere che i topi d’alta quota conservino la loro energia per crescere, piuttosto che per rimanere caldi. La combinazione di freddo e basso ossigeno significa che la maggior parte dei bambini mammiferi (dagli esseri umani ai ratti) non può crescere correttamente ad alta quota.

Il topo cervo è in grado di sopravvivere fino all’età adulta ad alta quota grazie alla sua capacità di rallentare l’attività metabolica e conservare energia. Poiché questa è l’esatta strategia opposta usata dai topi cervi adulti, il nostro lavoro evidenzia quanto sia importante studiare gli animali giovani se vogliamo capire come si è evoluta una specie.