Homotiotermalni organizmi. Topla životinja. Poykilotermni organizmi

Raznolikost života na našem planetu je upečatljiva u svojoj ljestvici. Nedavne studije kanadskih znanstvenika daju brojku od 8,7 milijuna vrsta životinja, biljaka, gljiva i mikroorganizama koji nastanjuju naš planet. I opisao ih je samo oko 20%, a ovo je 1,5 milijuna poznatih vrsta. Živi organizmi naseljavali su sve ekološke niše na planeti. Unutar biosfere nema mjesta gdje ne bi postojao život. U otvorima vulkana i na vrhuncu Everesta - svugdje nalazimo život u svojim različitim manifestacijama. I nesumnjivo je takva raznolikost i rasipanje prirode posljedica pojave u procesu evolucije fenomena toplokrvnosti (homotermalnih organizama).

Granica života je temperatura

Temelj života je metabolizam tijela, koji ovisi o brzini i prirodi tijeka kemijskih procesa. A ove kemijske reakcije moguće su samo u određenom temperaturnom rasponu, s njihovim indeksima i trajanjem izlaganja. Za veći broj organizama granične temperature okolne temperature kreću se od 0 do +50 stupnjeva Celzijusa.

Ali ovo je spekulativni zaključak. Da budemo precizniji reći da su temperaturne granice života će biti oni u kojima nema denaturacije proteina i nepovratne promjene u koloidnu karakteristikama citoplazmi stanica, oštećena aktivnost vitalnih enzima. I mnogi organizmi u procesu evolucije stekli su visoko specijalizirane enzimske sustave koji su im omogućili da žive u uvjetima daleko izvan tih granica.

Klasifikacija okoliša

Granice optimalnih životnih temperatura određuju podjelu oblika života na planeti u dvije skupine - kriofile i termofile. Prva skupina preferira hladno za život i specijalizirana je za život u takvim uvjetima. Više od 80% biosfere planeta su hladna područja s prosječnom temperaturom od +5 ° C. To su dubine oceana, pustinje Arktika i Antarktika, zona tundre i gorja. Povećana otpornost na hladnoću daje biokemijsku prilagodbu.

Enzimski sustav kriofila učinkovito smanjuje energiju aktivacije bioloških molekula i održava metabolizam u stanici pri temperaturi blizu 0 ° C Istodobno, prilagodbe idu u dva smjera - u stjecanju otpora (suočavanja) ili toleranciji (otpornosti) na hladnoću. Ekološka skupina termofila su organizmi, optimalni za život su područja visokih temperatura. Njihovu vitalnu aktivnost pruža i specijalizacija biokemijskih adaptacija. Važno je napomenuti da složenost organizacije organizma smanjuje njegovu sposobnost termofilije.

Tjelesna temperatura

Ravnoteža topline u živom sustavu je ukupnost dolaska i troškova. Iz temperature okoliša (egzogena toplina) ovisi o temperaturi tijela organizama. Osim toga, endogena toplina - proizvod unutarnjeg metabolizma (oksidativni procesi i cijepanje adenozin trifosfata) - neophodan je svojstvo života. Životna aktivnost većine vrsta na našem planetu ovisi o egzogenoj vrućini i temperaturi njihovih tijela - tijekom tjelesnih temperatura. Ovo poikilotermni organizmi (poikilos - različiti), u kojima je temperatura tijela varijabilna.

Poikilotermi - svi mikroorganizmi, gljivice, biljke, beskralježnjaci i većina kordata. I samo dvije skupine kralježnjaka - ptice i sisavci - su homeotermni organizmi (homoios - slični). Oni održavaju konstantnu temperaturu svog tijela, bez obzira na temperaturu okoline. Oni se nazivaju i toplokrvne životinje. Njihova glavna razlika je prisutnost snažnog protoka unutarnje topline i sustava termoregulacijskih mehanizama. Kao posljedica toga, kod homeotermnih organizama, svi fiziološki procesi se izvode pri optimalnim i stalnim temperaturama.

Točno i netočno

Neki poikilotermni organizmi, kao što su riba i ehinodermi, također imaju konstantnu tjelesnu temperaturu. Žive u uvjetima stalne vanjske temperature (dubine ili špilje oceana), gdje se temperatura okoline ne mijenja. Nazvane su pogrešnim homeotermnim organizmima. Mnoge životinje, koje su karakterizirane fenomenom hibernacije ili privremenog stupca, imaju promjenjivu tjelesnu temperaturu. Ovi uistinu homeotermni organizmi (primjeri: marmots, šišmiši, ježevi, swifts i drugi) nazivaju se heterotermalni.

Draga aromofofija

Pojava homeotermije u živim bićima vrlo je energetski zahtjevna evolucijska akvizicija. Znanstvenici se još uvijek raspravljaju o nastanku ove progresivne promjene u strukturi, što je dovelo do povećanja razine organizacije. Predložene su mnoge teorije pojave toplokrvnih organizama. Neki istraživači priznaju da ova značajka može imati čak i dinosaure. Ali sa svim neslaganjima znanstvenika, jedna stvar je sigurna: pojava homotermalnih organizama bioenergetski je fenomen. A komplikacija životnih oblika povezana je s funkcionalnim savršenstvom mehanizama prijenosa topline.

Kompenzacija temperature

Sposobnost nekih poikilotermički organizama održavati konstantnu razinu procesa zamjene preko širokog raspona promjene temperature tijela koje biokemijskih adaptacije zove kompenzacija temperature. Temelji se na sposobnosti nekih enzima da promijene konfiguraciju sa smanjenom temperaturom i povećavaju afinitet sa supstratom, povećavajući brzinu reakcije. Na primjer, mora potrošnja kongerije Barents školjke kisik ne ovisi o temperaturi okoline, koja varira u rasponu od 25 ° C (+5 do +30 ° C).

Intermedijarni oblici

Evolucionisti biolozi pronašli su predstavnike prijelaznih oblika od poikiloterma do toplokrvnosti sisavaca. Kanadski biolozi sa Sveučilišta Brock otkrili su sezonsko toplokrvnost u argentinskoj crno-bijeloj oznaci (Alvator merianae). Ovaj gotovo pola metra gušter živi u Južnoj Americi. Kao i većina gmazova, oznaka se grije na suncu, a noću se skriva u rupe i pećine, gdje se hladi. No tijekom sezone uzgoja od rujna do listopada, temperaturna oznaka, učestalost disanja i ritam srčanog ritma u jutarnjim satima dramatično se povećavaju. Temperatura tijela guštera može premašiti temperaturu u špilji za deset stupnjeva. To dokazuje tranzitivnost oblika od hladnokrvnosti do homeotermnih životinja.

Mehanizmi termoregulacije

Homoiotermalni organizmi uvijek rade kako bi se osiguralo rad glavnih sustava - cirkulatorni, respiratorni, ekskretor - proizvodnjom minimalne proizvodnje topline. Ovaj minimum, proizveden u mirovanju, naziva se bazalni metabolizam. Prijelaz u aktivno stanje kod toplokrvnih životinja povećava teploproduktivnost, a kako bi se spriječilo denaturacije proteina koje su im potrebne mehanizme za poboljšanje prijenos topline.

Proces postizanja ravnoteže između tih procesa osigurava kemijska i fizikalna termoregulacija. Ovi mehanizmi štite homotermalne organizme od niskih temperatura i pregrijavanja. Mehanizmi održavanja konstantne tjelesne temperature (kemijska i fizikalna termoregulacija) imaju različite izvore i vrlo su različiti.

Kemijska termoregulacija

Kao odgovor na snižavanje temperature okoliša, toplokrvni pojedinci doživljavaju refleksno povećanje proizvodnje endogene topline. To se postiže pojačavanjem oksidativnih procesa, posebno u mišićnim tkivima. Neusklađena kontrakcija mišića (drhtanje) i termoregulacijski ton prvi su stupnjevi povećanja proizvodnje topline. Istodobno se povećava metabolizam lipida, a masno tkivo postaje ključom za bolju termoregulaciju. U sisavaca hladne klime postoji čak i smeđa masnoća, sve toplina iz oksidacije odlazi na zagrijavanje tijela. Ova potrošnja energije zahtijeva životinju ili potrošnju velike količine hrane ili značajne količine masti. S nedostatkom tih resursa, kemijska termoregulacija ima svoje granice.

Mehanizmi fizikalne termoregulacije

Ovakav tip termoregulacije ne zahtijeva dodatne troškove za proizvodnju topline, već se postiže očuvanjem endogene topline. Provodi se isparavanjem (znojenje), zračenjem (zračenjem), provođenjem topline (provodljivosti) i konvekcijom kože. Metode fizikalne termoregulacije razvijale su se tijekom evolucije i postale sve više i više savršene u studiji filogenetski niz od insekticidnih i šišmiša do sisavaca.

Primjeri takvih regulacije je suženje ili dilatacija krvnih kapilare kože, što mijenja toplinsku vodljivost, tehnička izolacijska svojstva krzna i perja, protustrujnim izmjenu topline između krvnih žila i površinskih brodova, unutarnje organe. Izlaz topline reguliran je nagibom kosa krzna i pera, između kojih se zadržava zračni sloj.

U morskih sisavaca, hipodermična masnoća je raspoređena po tijelu, štiteći endoteplo. Na primjer, u pečatima takva mast vrećica doseže do 50% ukupne mase. Zato se snijeg ne rastopi ispod pečata, leži na ledu na ledu. Za životinje koje žive u toplim klimatskim područjima, ravnomjerno raspoređivanje masnog sloja po čitavoj površini tijela bilo bi kobno. Dakle, oni imaju masnoće nakuplja samo u određenim dijelovima tijela (grba deve, pretili rep ovaca), koji ne sprečava isparavanje cjelokupne površine tijela. Osim toga, kod životinja u sjevernoj hladnoj klimi, postoji posebno masno tkivo (smeđa masnoća), koja se u potpunosti koristi za zagrijavanje tijela.

Bliže južnoj - više ušiju i duže noge

Različiti dijelovi tijela daleko su od ekvivalentnog u smislu razmjene topline. Kako bi se održala izmjena topline, omjer površine tijela i volumena je važan jer količina unutarnje topline ovisi o tjelesnoj masi, a razmjena topline prolazi kroz pokrivače. Izlizani dijelovi tijela imaju veliku površinu koja je dobra za vruću klimu, gdje toplokrvne životinje trebaju veliku emisiju topline. Na primjer, velike uši s različitim krvnim žilama, dugim udovima i repom su karakteristične za stanovnike vruće klime (slon, kantenje, dugo ušiven jerboa). U hladnom vremenu prilagodba slijedi put spremanja prostora do volumena (uši i rep brtvila).

Postoji još jedan zakon za toplokrvne životinje - što dalje od sjevera žive predstavnici jedne filogenetske skupine, to su veće. A to je također povezano s omjerom volumena površine isparavanja, te sukladno tome, gubitkom topline i masom životinje.

Etologija i razmjena topline

Bihevioralne karakteristike također igraju važnu ulogu u izmjenu topline procesa, za poikilotermički i toplokrvnih životinja. To uključuje promjene u položaju i izgradnju skloništa, te različite migracije. Što je dubina bušotine veća, to je temperaturni trend glađe. Za srednje latitudes na dubini od 1,5 metara, sezonske promjene temperature su nevidljive.

Za termoregulaciju se također koristi i ponašanje grupe. Dakle, pingvini su srušeni, čvrsto pričvršćeni jedni drugima. U hrpe temperature blizu temperature pingvina tijela (+ 37 ° C), čak i na krajnjem hladnoće. Deve to isto - u sredini temperature od oko +39 ° C, a vune ekstremne životinje zagrije do +70 ° C

Hibernacija je posebna strategija

Trom stanje (stupor) ili hibernacije - posebne strategije toplokrvnih životinja, što omogućuje korištenje u temperaturnim promjenama u tijelu adaptivne svrhe. U tom stanju, životinje prestanu održavati tjelesnu temperaturu i smanjiti ga na gotovo nulu. Hibernacija karakterizira smanjenje razine metabolizma i potrošnje akumuliranih resursa. To je dobro kontrolirana fiziološko stanje kada su termoregulacije mehanizmi prebacio na nižoj razini - smanjuje broj otkucaja srca (npr, y Sony polchka od 450 do 35 otkucaja u minuti), potrošnja kisika se smanjuje na 20-100 puta.

Buđenje zahtijeva troškove i energije nastaje samo-zatopljenja, što ne treba brkati s obamrlost hladnokrvnih životinja, gdje uzrokuje smanjenje temperature okoline i neregulirana od strane tijela države (buđenje se događa pod utjecajem vanjskih čimbenika).

Stupor je također podesivo stanje, ali temperatura tijela pada samo nekoliko stupnjeva i često prati dnevne ritmove. Na primjer, hummingbirds postaju ukočen noću, kada im temperatura tijela pada od 40 ° C do 18 ° C. Postoji mnogo prijelaza između utrnulosti i hibernacije. Dakle, iako mi zovemo san nosi hibernaciju tijekom zime, u stvari, oni imaju metabolizam se značajno smanjuje, a njihova tjelesna temperatura padne samo 3-6 ° C U ovome je stanju medvjed medvjeda.

Zašto u vodenom okolišu postoji nekoliko homeotermnih organizama

Među hidrobionama (organizmi koji žive u vodenom okolišu) postoji nekoliko predstavnika toplokrvnih životinja. Kitovi, dupini i brtveni pečati su životinje sekundarne vode koje se vraćaju iz vodenog okoliša s kopna. Toplina krvi prvenstveno je povezana s povećanjem metaboličkih procesa, čija je osnova reakcija oksidacije. A glavnu ulogu igra kisik. I, kao što je poznato, u vodenom mediju sadržaj kisika nije veći od 1% volumena. Difuzija kisika u vodi je tisuća puta manja nego u zraku što ga čini još manje dostupnim. Uz povećanje temperature i obogaćivanje vode organskim spojevima, sadržaj kisika se smanjuje. Sve to čini postojanje velikog broja toplokrvnih organizama u vodenom okolišu neekonomično.

Pro i kontra

Glavna prednost toplokrvnih osoba prije hladnoće je spremnost za djelovanje, bez obzira na temperaturu okoline. To je prilika da se izdrže noćne temperature, blizu zamrzavanja i razvoja sjevernih teritorija zemlje.

Glavni nedostatak toplokrvnosti je velika potrošnja energije za održavanje konstantne temperature tijela. A glavni izvor za to je hrana. Toplo-krvavi lion hrane treba deset puta više od hladnokrvnog krokodila iste težine.