¿Por qué la ingesta de oxígeno de una rana a través de la piel y los pulmones varía a lo largo del año?

La respiración cutánea se basa, como todo tipo de respiración, en la difusión de gases desde una concentración superior (en agua o aire) a otra inferior (en capilares).

Citando a Johnson, Peter H. Raven, George B. (2002). "Respiración". Biología (6ª ed.). Boston: McGraw-Hill. págs. 1053–1070:

En general, la tasa de difusión entre dos regiones se rige por una relación conocida como Ley de difusión de Fick :

R = D - A x ∆p/d

En esta ecuación,

• R = la tasa de difusión ; la cantidad de oxígeno o dióxido de carbono que se difunde por unidad de tiempo;
• D = la constante de difusión;
• A = el área sobre la que tiene lugar la difusión;
• ∆p = la diferencia de concentración (para los gases, la diferencia de sus presiones parciales) entre el interior del organismo y el ambiente externo; y
• d = la distancia a través de la cual tiene lugar la difusión.

Como puede ver, la tasa de difusión R se puede aumentar:

1. Al aumentar A, el área de difusión;
2. Al aumentar ∆p, la diferencia de concentración;
3. Disminuyendo d, la distancia de difusión.

En respiración cutánea, el nr.2 no es realmente una opción; sí, los capilares se pueden optimizar para llevar la sangre rica en dióxido de carbono y pobre en oxígeno muy cerca de la superficie de la piel (lo que nos lleva al n.º 3), pero es mucho menos eficiente que, por ejemplo, los pulmones que pueden exhalar aire lleno de dióxido de carbono y reemplácelo con aire fresco. Mientras que la entrada de oxígeno de la piel sigue siendo más o menos la misma incluso con una demanda metabólica diferente, los pulmones pueden ajustar rápidamente la frecuencia respiratoria dependiendo de la demanda metabólica del momento.

Entonces, la respuesta a la pregunta

¿Por qué la ingesta a través de la piel varía ligeramente mientras que a través de los pulmones varía dramáticamente?

es que la piel no puede regular su tasa de intercambio de gases, mientras que los pulmones sí. Esto nos lleva a su primera pregunta:

¿Por qué la ingesta de oxígeno de las ranas a través de la piel y los pulmones varía a lo largo del año?

La respuesta está en el ciclo biológico de la rana a lo largo del año: durante los meses fríos, las ranas hibernan . En invierno, las ranas ralentizan drásticamente su metabolismo y no necesitan tanto oxígeno; por lo tanto, en esta estación solo pueden depender de la respiración cutánea. En otras estaciones son activos, y tienen que respirar activamente a través de sus pulmones para suministrar a su sangre la cantidad necesaria de oxígeno.

Otro factor que contribuye a estos resultados puede ser que algunas de las especies de ranas más comunes, como la rana leopardo (Rana pipiens) y la rana toro americana (Rana catesbeiana), hibernan.