Homotermální organismy. Teplokrevná zvířata. Poykilotermické organismy

Rozmanitost života na naší planetě je svým rozsahem pozoruhodná. Nedávné studie kanadských vědců udávají 8,7 milionu druhů zvířat, rostlin, hub a mikroorganismů, které obývají naši planetu. A z nich je popsáno jen asi 20%, a to je 1,5 milionu známých druhů. Živé organismy obývaly všechny ekologické výklenky na planetě. V biosféře není místo, kde by nebyl život. V průduchů sopky a na vrcholu Everestu - všude najdeme život ve svých různých projevech. A nepochybně taková rozmanitost a rozptýlení přírody je důsledkem toho, že v procesu vývoje fenoménu teplokrevnosti (homotermální organismy) se objevuje.

Ohraničení života je teplota

Základem života je metabolismus těla, který závisí na rychlosti a povaze průběhu chemických procesů. A tyto chemické reakce jsou možné pouze v určitém teplotním rozmezí, s jejich indexy a trvání expozice. Pro větší počet organismů jsou hraniční teploty okolní teploty v rozmezí od 0 do +50 stupňů Celsia.

Ale to je spekulativní závěr. Abychom byli přesnější říci, že teplotní meze života budou ty, ve kterých není k denaturaci proteinu a nevratné změny v koloidních charakteristikách cytoplasmě buněk, poruchy činnosti životně důležitých enzymů. A mnoho organismů v procesu vývoje získalo vysoce specializované enzymatické systémy, které jim umožnily žít v podmínkách daleko za těmito hranicemi.

Environmentální klasifikace

Hranice optimálních životních teplot určují rozdělení forem života na planetě do dvou skupin - kryofilů a termofilů. První skupina preferuje chlad po celý život a v takových podmínkách se specializuje na život. Více než 80% biosféry planety jsou studené oblasti s průměrnou teplotou +5 ° C. Jedná se o hlubiny oceánů, pouště v oblasti Arktidy a Antarktidy, zóny tundry a vysočiny. Zvýšená odolnost proti chladu zajišťuje biochemickou adaptaci.

Enzymatický systém kryofilů účinně snižuje aktivační energii biologických molekul a udržuje metabolismus v buňce při teplotě blízké 0 ° C. Současně dochází k úpravám ve dvou směrech - při získávání odporu (konfrontace) nebo tolerance (odporu) vůči nachlazení. Ekologická skupina termofilů jsou organismy, optimální pro život jsou oblasti s vysokými teplotami. Jejich životně důležitou aktivitou je i specializace biochemických adaptací. Za zmínku stojí, že se složitostí organizace organismu snižuje jeho schopnost termofilie.

Teplota těla

Rovnováha tepla v živém systému je součet jeho příchodu a výdajů. Z teploty prostředí (exogenní teplo) závisí na teplotě těla organismů. Navíc endogenní teplo - produkt vnitřního metabolismu (oxidační procesy a štěpení adenosintrifosfátu) - je nepostradatelným atributem života. Životní činnost většiny druhů na naší planetě závisí na exogenním teple a teplotě těla - v průběhu teplot okolí. Tyto poikilothermické organismy (poikilos - různé), u kterých je teplota těla proměnlivá.

Poikilotherm - všechny mikroorganismy, houby, rostliny, bezobratlí a většina chordátů. A pouze dvě skupiny obratlovců - ptáci a savci - jsou homeotermické organismy (homoios - podobné). Zachovávají konstantní teplotu svého těla, bez ohledu na teplotu okolí. Jsou také nazývány teplokrevnými zvířaty. Jejich hlavním rozdílem je přítomnost silného toku vnitřního tepla a systému termoregulačních mechanismů. V důsledku toho se v homeothermických organismech provádějí všechny fyziologické procesy při optimálních a konstantních teplotách.

Pravda a nepravda

Některé poikilothermické organismy, jako jsou ryby a ostnokožce, mají také konstantní tělesnou teplotu. Žijí v podmínkách konstantních vnějších teplot (hlubin oceánů nebo jeskyní), kde se teplota okolí nemění. Jsou nazývány falešně homeothermic organismy. Mnoho zvířat, které jsou charakterizovány fenoménem hibernace nebo dočasného stuporu, mají změnu tělesné teploty. Tyto skutečně homeotermické organismy (příklady: svišťové, netopýři, ježky, ryby a další) se nazývají heterotermální.

Milá aromomfóza

Vzhled homeothermy v živých bytostech je energeticky náročná evoluční akvizice. Vědci stále argumentují o vzniku této progresivní změny struktury, která vedla ke zvýšení úrovně organizace. Bylo navrženo mnoho teorií o vzniku teplokrevných organismů. Někteří výzkumníci připouštějí, že tato funkce může mít dokonce i dinosaury. Ale se všemi rozdíly vědců právě jeden: vzhledu teplokrevného organismů - na bioenergetické jevu. A komplikace forem života je spojena s funkční dokonalostí mechanismů přenosu tepla.

Kompenzace teploty

Schopnost některých poikilotermických organismů udržet konstantní úroveň metabolických procesů v širokém rozsahu změn tělesné teploty je poskytována biochemickými přístroji a nazývá se teplotní kompenzací. Je založen na schopnosti některých enzymů měnit konfiguraci s klesající teplotou a zvýšit afinitu se substrátem, což zvyšuje rychlost reakcí. Například u mlžů mýdel z Barentsova moře spotřeba kyslíku nezávisí na okolní teplotě, která se pohybuje mezi 25 ° C (+5 až +30 ° C).

Meziprodukty

Evoluční biologové našli zástupce přechodných forem od poikilothermu po teplokrevnost savců. Kanadští biologové z University of Brock objevili sezónní teplokrevnost v argentinské černobílé značce (Alvator merianae). Tato téměř metr dlouhá ještěrka žije v Jižní Americe. Stejně jako většina plazů se značka zahřívá ve dne při slunci a v noci se skrývá v dírách a jeskyních, kde se ochladí. Ale během období rozmnožování od září do října se výrazně zvyšuje teplotní značka, frekvence dýchání a rytmus srdečního rytmu v ranních hodinách. Teplota těla ještěrka může překročit teplotu v jeskyni o deset stupňů. To dokazuje přechodnost forem od chladnokrevnosti k domácnostem.

Mechanismy termoregulace

Homotermální organismy vždy zajišťují provoz hlavních systémů - oběhové, respirační, vylučovací - tím, že produkují minimální produkci tepla. Toto minimum, produkované v klidu, se nazývá bazální metabolismus. Přechod na aktivní stav u teplokrevných zvířat zvyšuje tvorbu tepla a zabraňuje denaturaci bílkovin a potřebuje mechanismy pro zvýšení přenosu tepla.

Proces dosažení rovnováhy mezi těmito procesy je zajištěn chemickou a fyzikální termoregulací. Tyto mechanismy chrání homotermální organismy před nízkými teplotami a přehřátím. Mechanismy udržování konstantní tělesné teploty (chemická a fyzikální termoregulace) mají různé zdroje a jsou velmi rozmanité.

Chemická termoregulace

V reakci na snížení teploty prostředí mají teplokrevní jedinci reflexní nárůst produkce endogenního tepla. Toho je dosaženo zvýšením oxidativních procesů, zejména ve svalových tkáních. Nekoordinované svalové kontrakce (třesavé) a termoregulační tóny jsou prvními stupni zvyšující se produkce tepla. Současně se zvyšuje metabolismus lipidů a tuková tkáň se stává klíčem k lepší regulaci termoregulace. U savců s chladným klimatem je dokonce i hnědý tuk, veškeré teplo, z něhož oxiduje, jde do vytápění těla. Tato spotřeba energie vyžaduje zvíře nebo spotřebu velkého množství potravin nebo značných tukových zásob. Při nedostatku těchto zdrojů má chemická termoregulace své limity.

Mechanismy fyzické termoregulace

Tento typ termoregulace nevyžaduje dodatečné náklady na výrobu tepla, ale je dosaženo zachováním endogenního tepla. Provádí se odpařením (potením), zářením (zářením), vedením tepla (vedení) a konvekcí kůže. Metody fyzické termoregulace se vyvinuly v průběhu evoluce a staly se stále více dokonalé ve studiu fylogenetické řady od hmyzožravců a netopýrů až po savce.

Příkladem takové regulace je zúžení nebo dilatace z krevních kapilár kůže, který se mění na tepelnou vodivost, tepelně izolační vlastnosti kůže a peří, protiproudé výměny tepla mezi krevních cév a povrchových cév, vnitřních orgánů. Výstup tepla je regulován sklonem srsti srsti a peří, mezi nimiž je zachována vzduchová vrstva.

U mořských savců je podkožní tuk distribuován po celém těle a chrání endoteplo. Například u tuleňů takový tukový sáček dosahuje až 50% celkové hmotnosti. To je důvod, proč se sníh neztál pod těsnění, ležící na ledu na ledu. U zvířat žijících v horkém klimatu by byla rovnoměrná distribuce tukové vrstvy po celé ploše těla smrtelná. Proto se jejich tuk hromadí pouze v určitých oblastech těla (velbloudův hrb, kurdyuk u ovcí), který nezabrání odpařování celého povrchu těla. Kromě toho u zvířat v severním chladném podnebí existuje speciální tukové tkáně (hnědý tuk), které se plně využívá k ohřevu těla.

Bližší k jihu - více uší a delší nohy

Různé části těla nejsou z hlediska výměny tepla zdaleka ekvivalentní. K udržení výměny tepla je důležitý poměr povrchu těla a jeho objemu, protože množství vnitřního tepla závisí na tělesné hmotnosti a tepelná výměna prochází kryty. Vystupující části těla mají velký povrch, který je vhodný pro horké klima, kde teplokrevná zvířata potřebují velké emise tepla. Například velké uši s různými krevními cévami, dlouhými končetinami a ocasem jsou charakteristické pro obyvatele horkého podnebí (slon, lišejník, dlouhosrstý jerboa). V chladném počasí se adaptace řídí cestou úspory prostoru k objemu (uši a ocas těsnění).

Existuje další zákon o teplokrevných zvířatech - čím dál na sever žijí zástupci jedné fylogenetické skupiny, tím větší jsou. A to také souvisí s poměrem objemu odpařovacího povrchu, a tudíž se ztrátou tepla a hmotností zvířete.

Etologie a výměna tepla

Behaviorální vlastnosti také hrají důležitou roli v procesech výměny tepla, a to jak pro poikilothermic a homeothermic zvířata. Patří sem změny v držení těla, konstrukce přístřešků a různé migrace. Čím větší je hloubka otvoru, tím hladší teplotní trend. U středních zeměpisných šířky v hloubce 1,5 metru jsou sezónní teplotní výkyvy neviditelné.

Pro termoregulaci se používá také chování skupiny. Takže tučňáci jsou zaklepáni, pevně se drží na sobě. V hromadě je teplota blízká teplotě těla tučňáků (+ 37 ° C), a to i při nejtěžších mrazech. Velbloudi dělají totéž - ve středu skupiny je teplota kolem +39 ° C a vlna extrémních zvířat může být zahřátá na +70 ° C.

Hibernace je zvláštní strategie

Torpivý stav (necitlivost) nebo hibernace jsou zvláštní strategie teplokrevných zvířat, které umožňují použití změn tělesné teploty pro adaptační účely. V tomto stavu zvířata přestávají udržovat tělesnou teplotu a snižují ji téměř na nulu. Hibernace je charakterizována poklesem hladiny metabolismu a spotřeby nahromaděných zdrojů. Je dobře řízena fyziologický stav, kdy jsou termoregulační mechanismy přešel na nižší úrovni, - snížení srdeční frekvence (např., Y-sony polchka od 450 do 35 tepů za minutu), spotřeba kyslíku se sníží na 20-100 krát.

Probuzení vyžaduje náklady a energie dochází self-oteplování, které nemá být zaměňována s necitlivost chladnokrevných živočichů, kde to způsobí pokles okolní teploty a neregulovaných státem těla (probuzení dochází pod vlivem vnějších faktorů).

Stupor je také nastavitelný stav, ale teplota těla klesá jen o několik stupňů a často doprovází každodenní rytmy. Například kolibříci se v noci stane znecitlivění, když jejich tělesná teplota klesá z 40 ° C na 18 ° C. Existuje mnoho přechodů mezi necitlivostí a hibernací. Takže, i když nazýváme spánek medvědů hibernujících v zimě, ve skutečnosti se jejich metabolismus mírně snižuje a jejich tělesná teplota klesá pouze o 3 až 6 ° C. V tomto stavu je medvěd plemena medvědů.

Proč ve vodním prostředí existuje málo domácích organismů

Mezi hydrobionty (organismy žijící ve vodním prostředí) je málo zástupců teplokrevných zvířat. Velryby, delfíni, kožešinové uzávěry jsou druhotné vodní živočichy, které se vrátily do vodního prostředí ze země. Ohřev krve je primárně spojen se zvýšením metabolických procesů, jehož základem je oxidační reakce. A hlavní role hraje kyslík. Jak je známo, ve vodném prostředí není obsah kyslíku větší než 1% objemu. Rozptýlení kyslíku ve vodě je tisíckrát méně než ve vzduchu, což je ještě méně dostupné. Navíc, s rostoucí teplotou a obohacující vodou s organickými sloučeninami, klesá obsah kyslíku. To vše činí existenci velkého počtu teplokrevných organismů ve vodním prostředí nehospodárným.

Výhody a nevýhody

Hlavní výhodou teplokrevné před chladem je připravenost na činnost bez ohledu na teplotu okolí. To je příležitost odolat nočním teplotám, v blízkosti mrazu a rozvoji severních území země.

Hlavní nevýhodou teplokrevnosti je vysoká spotřeba energie pro udržení konstantní teploty těla. A hlavním zdrojem pro to je jídlo. Teplokrevný lev potravin potřebuje desetkrát víc než chladnokrevný krokodýl stejné hmotnosti.