Fondamenti di Bioenergetica dei Rapaci

Un essere vivente viene considerato tale se ha delle determinate caratteristiche, per es. l’accrescimento, il movimento, e soprattutto la riproduzione. Tutte queste attività richiedono Energia (E) che gli esseri viventi ricavano principalmente dall’alimentazione.

L’alimentazione ha due scopi principali e cioè:

1. Fornire energia

2. Fornire nuova massa corporea ( per la riproduzione, per il rinnovo delle cellule, la muta ecc.)

L’energia assunta con l’alimentazione è basicamente energia solare. Le piante iniziano il ciclo usando l’energia solare per trasformare l’anidride carbonica in zuccheri ( processo di fotosintesi), gli animali erbivori mangiano le piante e i carnivori mangiano gli animali erbivori.

Gli ucceli rapaci ( notturni e diurni ) sono, come dice il nome stesso, dei carnivori: la loro vita dipende quindi dagli animali erbivori che costituiscono la loro base alimentare.

L’energia assunta con l’alimentazione viene poi utilizzata per:

1)Compiere lavoro muscolare:  a)Volontario ( muscoli del movimento per es.)

b)Involontario (muscoli del tratto digestivo, del cuore)

2)Compiere lavoro mentale:      a)Volontario (calcolare la distanza della preda)

b)Involontario (controllo delle attività mentali da parte del

sistema nervoso.

BASI DELL’ ALIMENTAZIONE

L’alimentazione avviene a vari livelli; si parte dal livello macroscopico per arrivare al livello molecolare. Infatti alla base dell’alimentazione ci sono le molecole alimentari che possono essere raggruppate fondamentalmente in 4 gruppi principali:

1)Zuccheri: detti anche glucidi o carboidrati. Fanno parte di questa famiglia molecole nelle quali il rapporto tra Carbonio, Idrogeno e Ossigeno è di 1:2:1. Costituiscono la fonte primaria di energia metabolica e vengono distinti in Monosaccaridi (o zuccheri semplici per es. glucosio, fruttosio), Disaccaridi ( che derivano dall’unione di due monosaccaridi, per es il maltosio che è l’unione di glucosio e fruttosio) e Polisaccaridi ( grosse molecole formate anche da centinaia di monosaccaridi come per es il Glicogeno, l’Amido o la Cellulosa). L’energia da essi fornita ammonta a circa 4 kcal/gr

2)Grassi o lipidi: costituiscono un gruppo molto eterogeneo e ne sono esempi i Triacilgliceroli, i Fosfolipidi, o le Cere. Forniscono in media 9,3 kcal/gr

3)Proteine: sono grosse molecole costituite da unità più semplici che sono gli Aminoacidi. Le proteine formano la maggior parte della massa corporea degli animali ( le cellule ne sono ricchissime) per es. i muscoli sono costituiti alla base quasi esclusivamente di proteine ( tessuto magro). In genere forniscono 4 kcal/gr, ma poiché ogni gr di proteine è associato con n3-4 gr di acqua, l’energia che deriva dal metabolismo delle proteine è di circa 1 Kcal/gr.

4)Sostanze ausiliarie: per es sali minerali e vitamine. La loro funzione è quella di partecipare alle reazioni chimiche metaboliche  non  per fornire energia, bensì per facilitare queste reazioni (lavorando assieme agli Enzimi, perciò sono dette coenzimi). Inoltre i  sali  minerali assolvono anche altre funzioni quali per es. quelle strutturali ( andando a costituire le ossa nel caso del calcio).  Per avere uno sguardo di insieme di questi composti si guardino le seguenti tabelle:

METABOLISMO

Con questo termine si indica l’insieme delle reazioni che avvengono nella cellula e si distinguono due fasi

1)Anabolismo: cioè degradazione delle sostanze nutritive con produzione di energia che viene accumulata in una molecola ad alta energia: l’ATP ( Adenosinatrifosfato) che viene poi usata dalle cellule come fonte energetica universale.

2)Catabolismo: cioè costruzione di nuove molecole (per es. proteine dei muscoli) con consumo di energia.

Alla fine il metabolismo serve per ricavare energia dalle sostanze assunte con l’alimentazione e per costruire nuove molecole chimiche che serviranno a rinnovare quelle vecchie nell’organismo.

Gli zuccheri sono la principale fonte di energia ma vengono usati anche i grassi e meno frequentemente le proteine.

L’organismo vivente accumula anche delle riserve sotto forma di:

1) Glucosio: proveniente dall’ultima alimentazione. Viene subito consumato.

2) Glicogeno: riserva alternativa di zuccheri ma anche essa viene consumata subito. In quasi tutte le cellule esiste un piccola quantità di zuccheri di deposito rappresentati dal glicogeno. Più ricche di questa sostanza sono le cellule muscolari e quelle epatiche (del fegato); quindi le riserve di glicogeno possono arrivare anche all’1 % della massa corporea in peso di un animale.

3) Grassi: costituiscono una riserva a lungo termine usata quando viene consumato tutto il glicogeno se non arrivano altre sostanze alimentari prima.

4) Proteine dei muscoli: sono l’ultima risorsa in caso di digiuno. Un eccessivo consumo (catabolismo) di tali proteine diventa dannoso per l’animale.

La maggioranza di tutte le reazioni metaboliche che sviluppano energia sottoforma di ATP avvengono nei mitocondri, che sono dei piccoli organuli localizzati in quantità variabile dentro ogni cellula ( da ciò si deduce che quanto più mitocondri ha una cellula e tanto maggiore sarà l’energia che essa potrà produrre).

CICLO ENERGETICO

Le catene di reazioni attraverso cui, degradando una molecola chimica, si ottiene energia sono di due tipi:

1)Aerobie: cioè reazioni che avvengono in presenza di ossigeno e funzionano come i motori termici delle automobili dove il combustibile ( benzina o zuccheri) viene bruciato in presenza di ossigeno per produrre energia, anidride carbonica e acqua ( che nelle macchine esce sotto forma di vapore o di condensa dalla marmitta)

2) Anaerobie: cioè senza la presenza di ossigeno; queste reazioni producono meno energia ed inoltre portano alla formazione (al posto dell’acqua) di acido lattico che porta come conseguenza alla sensazione di fatica muscolare ( e ai crampi quando è in eccesso).

Da quanto detto sopra allora, la produzione di energia dipende strettamente dal rifornimento di ossigeno che arriva alle cellule muscolari. Gli animali ottengono questo ossigeno attraverso la ventilazione polmonare ( respirazione: entra ossigeno ed esce anidride carbonica). I polmoni sono circondati da una grossa quantità di vasi capillari che contengono sangue. Ed è proprio il sangue che ha la funzione di catturare l’ossigeno dall’aria inspirata e trasportarlo nelle cellule di tutto il corpo che lo useranno per “bruciare” il combustibile (sostanze alimentari: zuccheri, grassi, proteine) e produrre così l’energia necessaria.

Il cuore è la pompa che fa circolare il sangue attraverso i vasi sanguigni che sono di varie dimensioni ( vene, arterie e capillari; questi ultimi portano il sangue alle singole cellule). Ma il ruolo fondamentale è affidato ai globuli rossi: cellule sanguigne che hanno la funzione di legare l’ossigeno a livello dei polmoni, trasportarlo e consegnarlo alle altre cellule che ne hanno bisogno. Si deduce allora che un alto numero di globuli rossi darà all’animale la possibilità di avere più ossigeno a disposizione e quindi renderlo in grado di fornire un maggiore e migliore lavoro muscolare.

Le basi biologiche di questi 3 fenomeni sono molto complesse ma questo breve sunto ci basta per capire cosa accade nei nostri rapaci.

LA BIOENERGETICA

Con questo termine si indica una branca della scienza moderna che ha lo scopo di studiare i cicli energetici e le loro interazioni ( alimentazione, respirazione, circolazione, lavoro muscolare, lavoro mentale ecc.).

Come anticipato in queste pagine cercherò di darvi le nozioni fondamentali di bioenergetica per gestire al meglio i vostri rapaci.

Prima di procedere però è necessario fare una notazione sulla quantificazione dell’energia: cioè come si misura l’energia negli esseri viventi? L’unità di misura più usata è la Caloria (cal) che è la quantità di energia necessaria per fare innalzare la temperatura dell’acqua di 1 grado centigrado. Una misura alternativa è il joule che corrisponde a circa 4 calorie.

Ricordo che 1Kcal= 1000 calorie ed 1Kj= 1000 joule.

E adesso riprendiamo il discorso, considerando i vari usi che un animale fa dell’energia acquisita con l’alimentazione.

A questo proposito si distingue un:

1. METABOLISMO BASALE O RATA METABOLICA BASALE (BMR: Basal Metabolic Rate): che è definito come l’ammontare di energia di cui un animale ha bisogno per mantenere le sue funzioni vitali basali ( “a filo di acceleratore”). L’energia in questo caso serve principalmente per il funzionamento del sistema nervoso e del sistema muscolare involontari che sono appunto quelli che garantiscono le principali funzioni vitali dell’animale in questione e cioè: battito cardiaco, contrazioni peristaltiche degli intestini ( per la digestione ), respirazione, circolazione sanguigna , controllo nervoso involontario degli organi di senso, della circolazione ecc. Sotto questa quantità minima di energia l’animale muore.

2. METABOLISMO INTERMEDIO : è l’energia aggiuntiva di cui ha bisogno un animale per compiere tutte le altre  funzioni vitali secondarie ma non meno importanti, quali la termoregolazione. Ci sono per es. alcune specie di rapaci che con il passare dalla stagione estiva-autunnale a quella invernale hanno bisogno anche di un 15% di energia metabolica in più per soddisfare le aumentate esigenze metaboliche. In conseguenza di ciò soprattutto per le specie più piccole, con l’arrivo dell’inverno, il falconiere dovrebbe incrementare il peso dell’animale di un 5% in più rispetto al peso di volo normale.

3. METABOLISMO TOTALE: Comprende l’energia aggiuntiva alle 2 precedenti di cui l’animale necessita per volare, muoversi, riprodursi ecc. In questo caso la richiesta energetica può aumentare rispetto al metabolismo basale anche fino ad 8 volte nel caso di rapaci molto attivi. Anche in questo caso i rapaci di piccola mole sono i più soggetti al rischio di collasso. Se per es. lasciate il vostro moschetto di Sparviere a stomaco vuoto per tutta la mattinata per poi farlo volare nel pomeriggio, l’unica cosa che potrà succedervi è un collasso dell’animale. Il perché lo capirete più avanti.

Questi 3 metabolismi sono misurati in quantità di energia al giorno e più comunemente in Kcal/day o Kjoule/ day ( cioè quantità di E. al giorno).

ALLOMETRIA

Altro importante concetto è la dipendenza delle esigenze metaboliche dalla massa corporea dell’animale. Infatti, voi penserete, un’ Aquila reale consuma di più rispetto ad un Gheppio. In realtà avviene all’opposto nel senso che l’affermazione precedente è giusta ma in senso assoluto: invece relativamente alla massa corporea dell’animale si ha che più esso è piccolo e maggiore sarà la sua esigenza energetica. Quindi si ha una differenza tra gli uccelli più piccoli e quelli più grossi e ciò perché con il diminuire della mole di un uccello (ma anche di un animale qualsiasi), aumenta il rapporto superficie/peso e quindi la superficie disperdente calore. In relazione a ciò gli animali a temperatura corporea costante (omeotermi) come gli uccelli e i mammiferi di dimensioni molto piccole, hanno un BMR, una frequenza respiratoria e cardiaca molto elevati e ciò per riuscire a mantenere costante la temperatura nonostante la loro piccola mole; tutto ciò ovviamente implica un notevole spreco di energia. Allora per es. un’Aquila reale a digiuno completo può vivere anche per una settimana mentre un Gheppio comune non arriva ai 3 giorni. Altro esempio: uno Sparviere ha bisogno di assumere giornalmente con l’alimentazione cibo per un totale del 25% del suo peso corporeo, mentre un Pellegrino necessita di circa l’8-15 %, e per finire un’Aquila reale ha bisogno solo di un 5% . Un’ Aquila reale può mangiare in un solo pasto anche 1,5 kg di cibo e cioè circa 6 volte di più del suo fabbisogno energetico giornaliero e con questo pasto tirare avanti per diversi giorni. Ma d’altro canto, un rapace più piccolo, come uno Sparviere deve mangiare molto più frequentemente, poiché ha bisogno, in senso relativo di più cibo.

La tabella sottostante illustra le linee guida per i dosaggi alimentari nei rapaci in funzione della loro massa corporea:

 Questi concetti sono bene illustrati dalla TEORIA ALLOMETRICA (Allometric Scaling), che mette in rapporto la massa corporea degli animali con le loro più svariate attività (metabolismo, rata cardiaca, rata respiratoria, lunghezza della vita, ecc.) attraverso una equazione matematica. In generale la relazione matematica che intercorre tra una variabile e la massa corporea dell’animale è data da:

dove y è la variabile che noi vogliamo calcolare ( per es.la rata metabolica basale), 78 è la costante da applicare alla formula in base alla variabile che vogliamo calcolare ( nel nostro caso 78 è la costante da usare per calcolare la rata metabolica basale, e il risultato che otterremo sarà in Kcal/day), M è la massa corporea dell’animale espressa in chilogrammi e l’esponente 0,74 è una costante fissa di questa equazione per taxon animale ( nel nostro caso 0,74 è la costante fissa per tutti gli uccelli non passeriformi, quindi anche per i rapaci, mentre per i passeriformi sarà 129 e per i mammiferi placentali avremo una costante pari a 70).

Allora per es. se vogliamo calcolare la rata metabolica basale (BMR) di un maschio di Gheppio comune (Falco tinnunculus) del peso di 210 gr, e cioè di 0,210 kg, avremo: BMR=78 (0,210)^0,74 che da come risultato 24,57 Kcal/day.

In tabella sono illustrati altre variabili calcolabili con le rispettive formule allometriche per uccelli non passeriformi (rapaci). Inoltre l’equazione allometrica si rivela di notevole importanza anche per il calcolo dei dosaggi dei medicinali per specie di cui non si conoscono questi dati.

APPLICAZIONI DELLA BIOENERGETICA

Abbiamo detto che un animale ha bisogno di una quantità variabile di E. sulla base della sua attività . Ma le esigenze energetiche dipendono anche da altri fattori come vedremo qui di seguito.

Abbiamo detto che la BMR ( rata metabolica basale) è la quantità minima di energia di cui necessita un rapace per rimanere vivo e che essa può essere calcolata con apposite formule. Alla BMR bisogna moltiplicare dei valori per calcolare la rata metabolica totale sulla base delle circostanze in cui si trova l’animale. Allora la BMR può essere considerata come l’energia di cui necessita un rapace in condizioni standard e cioè per es. un Gheppio in cattività, senza attività fisica, non malato, non stressato, non in riproduzione, non in muta, non in crescita, in peso costante ed in condizioni di termoneutralità.

I fattori per cui moltiplicare la BMR di un rapace in funzione delle circostanze sono:

1. x 1,5: per uccelli malati e/o stressati

2. x 1,5 :per uccelli in riproduzione

3. x 1,2 :per uccelli in fase di muta

4. x 1,5 : per uccelli in fase di sviluppo ( pulli)

5. x 1,15 : all’abbassarsi della temperatura ambiente

6. x : 8-? ( uccelli selvatici, in riabilitazione o da falconeria)

Preciso che queste cifre sono solo approssimative e non è detto che diano dei risultati certi. Per es. considerando le esigenze energetiche di rapaci in continua attività di volo ( per es in falconeria), bisogna calcolarle specificamente, come verrà discusso successivamente.

Questi dati sono utili per calcolare la rata alimentare da fornire al nostro rapace in funzione delle varie circostanze , ma per poter fare ciò è necessario conoscere i valori energetici dei principali tipi di cibo usati per alimentare i rapaci in cattività.

Al proposito si guardi la seguente tabella:

 Un altro fattore di estrema importanza che bisogna considerare è quello della METABOLIZABILITA’ del cibo. Da ricerche effettuate sui rapaci in cattività si è ottenuto che in media il coefficiente di metabolizabilità per questi uccelli si aggira attorno al 75%, cioè a dire che se voi date al vostro Pellegrino 100 gr di topo che contengono dunque 157 Kcal, in realtà il rapace ne otterrà solo il 75% e cioè 117,75 Kcal.

Adesso, in possesso di questi dati è possibile calcolare la rata alimentare da fornire al nostro falco in una determinata condizione.

Questo è però un calcolo approssimativo perché per gestire l’alimentazione dei rapaci in cattività è necessario considerare anche altri fattori quali per esempio la composizione a livello di macro e micro-nutrienti del cibo usato. Se infatti noi fornissimo veramente due topi al giorno alla nostra femmina di Astore in voliera, essa ingrasserebbe a causa del notevole accumulo di grassi. Quindi da un punto di vista energetico il calcolo che abbiamo fatto è esatto ma dal punto di vista plastico (massale) otterremmo un ingrassamento dell’animale.

Per farsi un’idea di quanto detto si veda la seguente tabella:

Bisogna notare però che i valori dati nella tabella sopra dipendono notevolmente dall’alimentazione con cui sono allevati gli animali analizzati ( per es. polli, pulcini di pollo, topi e ratti da laboratorio) e dalla parte che di questo animale voi fornite come cibo al vostro falco, nel senso che il collo di pollo ha sicuramente un contenuto di gasso molto più elevato rispetto al petto o all’ala. E’ da notare inoltre che il cibo fresco ha sempre un contenuto energetico maggiore rispetto a quando esso viene congelato.

GERARCHIE METABOLICHE

Dopo che avete fornito al vostro rapace un pasto abbondante, la digestione durerà circa 6 ore durante le quali l’animale userà direttamente l’energia ricavata dal cibo. L’altra energia ricavata dal pasto verrà immagazzinata nel fegato sottoforma di glicogeno, il quale può essere riconvertito rapidamente in energia usata dal falco per altre 6 ore. Il cibo rimanente, nella forma di molecole digerite verrà accumulato sottoforma di grassi e proteine dei muscoli. Ricapitolando il falco con un pasto ha ottenuto energia per 6 + 6 = 12 ore; allora se non è già arrivato un secondo pasto, il rapace dopo queste 12 ore, tirerà avanti, dal punto di vista energetico, usando le riserve di grasso.

Le principali riserve energetiche nel nostro rapace allora le troviamo sottoforma di:

• Glicogeno nel fegato

• Grasso nel tessuto sottocutaneo lungo quasi tutta la superficie corporea

• Proteine nei muscoli

Gli organismi viventi quindi sono programmati per usare tali riserve in maniera ordinata: quando il glicogeno si esaurisce, si inizierà ad usare il grasso, e quando il grasso finisce si inizierà a catabolizzare le proteine dei muscoli. Ma questa ultima fase è piuttosto dannosa soprattutto per i piccoli rapaci e comunque se dura molto a lungo. Infatti le proteine danno una energia pari ad 1/4 rispetto a quella fornita dal grasso. Inoltre, se la perdita di grasso migliorerà la condizione fisica del nostro rapace da falconeria facendolo calare di peso, invece il metabolismo proteico dei muscoli risulterà dannoso in quanto il falco perde peso ma anche forma fisica (potenza muscolare)

IN CONCLUSIONE

Il discorso potrebbe continuare per questa via ma al momento mi interessava fornire le basi per comprendere la bioenergetica muscolare dei rapaci. Non escludo però che in un prossimo futuro potrei continuare il discorso relativo alla bioenergetica alimentare.