Organisme homotermale. Animale cu sânge cald. Organisme poicilotermice

Diversitatea vieții de pe planeta noastră este izbitoare la scară. Studii recente realizate de oamenii de știință canadieni dau o cifră de 8,7 milioane de specii de animale, plante, fungi și microorganisme care locuiesc pe planeta noastră. Și au descris de la ei doar aproximativ 20%, iar acesta este 1,5 milioane de specii cunoscute. Organismele vii locuiau pe toate nivelele ecologice de pe planetă. În biosferă nu există niciun loc în care nu ar exista viață. În orificiile vulcanilor și la vârful Everestului - peste tot, găsim viață în diferitele sale manifestări. Și, fără îndoială, o asemenea diversitate și dispersare a naturii se datorează apariției în procesul de evoluție a fenomenului de sânge cald (organisme homotermale).

Limita de viață este temperatura

Baza vieții este metabolismul corpului, care depinde de viteza și natura cursului proceselor chimice. Și aceste reacții chimice sunt posibile numai într-un anumit interval de temperatură, cu indicii și durata expunerii. Pentru un număr mai mare de organisme, temperaturile limită ale temperaturii ambientale variază de la 0 la +50 grade Celsius.

Dar aceasta este o concluzie speculativă. Pentru a fi mai precis să spunem că limitele de temperatură ale vieții vor fi cele în care nu există nici o denaturare a proteinei și schimbări ireversibile în caracteristicile coloidale ale citoplasmă celulelor, activitatea defectuoasa a enzimelor vitale. Și o mulțime de organisme în procesul de evoluție au acumulat sisteme enzimatice foarte specializate care le-au permis să trăiască în condiții care depășesc aceste limite.

Clasificarea mediului

Limitele temperaturilor optime ale vieții determină împărțirea formelor de viață de pe planetă în două grupuri - criofile și termofilele. Primul grup preferă frigul pentru viață și este specializat pentru viață în astfel de condiții. Mai mult de 80% din biosfera planetei sunt zone reci cu temperatura medie de + 5 ° C. Acestea sunt adâncurile oceanelor, deserturile din Arctica și Antarctica, zona tundrei și zonele muntoase. Creșterea rezistenței la rece asigură adaptare biochimică.

Sistemul enzimatic al criofilelor scade efectiv energia de activare a moleculelor biologice și menține metabolismul în celulă la o temperatură apropiată de 0 ° C. În același timp, adaptările merg în două direcții - în obținerea rezistenței (confruntării) sau a toleranței (rezistenței) la frig. Grupul ecologic de termofile sunt organisme, optime pentru viață, zone cu temperaturi ridicate. Activitatea lor vitală este asigurată și de specializarea adaptărilor biochimice. Este de remarcat faptul că, prin complexitatea organizării organismului, capacitatea sa de termofilie scade.

Temperatura corpului

Echilibrul de căldură într-un sistem viu este totalitatea sosirii și a cheltuielilor. Din temperatura mediului (căldura exogenă) depinde de temperatura corpului de organisme. În plus, căldura endogenă - produsul metabolismului intern (procesele oxidative și scindarea adenozin trifosfatului) - este un atribut indispensabil al vieții. Activitatea vieții majorității speciilor de pe planeta noastră depinde de căldura exogenă și de temperatura corpului - pe parcursul temperaturilor ambientale. Aceste organisme poikilotermice (poikilos - diverse), în care temperatura corpului este variabilă.

Poikiloterme - toate microorganismele, ciupercile, plantele, nevertebratele și majoritatea chordatelor. Și doar două grupe de vertebrate - păsări și mamifere - sunt organisme homeothermice (homoios - similare). Ei mențin o temperatură constantă a corpului lor, indiferent de temperatura ambiantă. Ele sunt, de asemenea, numite animale cu sânge cald. Principala lor diferență constă în prezența unui flux puternic de căldură internă și a unui sistem de mecanisme de termoreglare. Ca o consecință, în cazul organismelor homeothermice, toate procesele fiziologice sunt efectuate la temperaturi optime și constante.

Adevărat și fals

Unele organisme poikilotermice, cum ar fi pește și echinoderme, au, de asemenea, o temperatură constantă a corpului. Ei trăiesc în condiții de temperatură externă constantă (adâncime oceanică sau peșteri), în care temperatura mediului ambiant nu se schimbă. Ele se numesc organisme homeotermale fals. Multe animale, caracterizate de fenomenul de hibernare sau de stupoare temporare, au o schimbare a temperaturii corpului. Aceste organisme cu adevărat homeotermice (exemple: marmote, lilieci, arici, vânturi și altele) se numesc heterotermale.

Dragă aromorfoză

Apariția homeothermiei în ființele vii este o achiziție evolutivă foarte consumatoare de energie. Oamenii de știință încă argumentează despre apariția acestei schimbări progresive în structură, ceea ce a dus la o creștere a nivelului de organizare. Au fost propuse multe teorii despre apariția organismelor cu sânge cald. Unii cercetători admit că această caracteristică ar putea avea chiar și dinozauri. Dar, cu toate dezacordurile oamenilor de știință, un lucru este sigur: apariția organismelor homoeotermale este un fenomen bioenergetic. Și complicația formelor de viață este asociată cu perfecțiunea funcțională a mecanismelor de transfer termic.

Compensarea temperaturii

Capacitatea unor organisme poikilothermic menține un nivel constant al proceselor de schimb într-o gamă largă de schimbări de temperatură ale corpului furnizate de adaptarile biochimice numite de compensare a temperaturii. Ea se bazează pe capacitatea anumitor enzime reconfigureze la temperaturi mai scăzute și pentru a îmbunătăți afinitatea cu substratul, crescând viteza de reacție. De exemplu, consumul de midii Barents Scoica mare de oxigen nu depinde de temperatura mediului ambiant, care variază în intervalul de la 25 ° C (+5 până la +30 ° C).

Forme intermediare

Biologii evoluționiști au găsit reprezentanți ai formelor de tranziție de la poikilotherm la sângele cald al mamiferelor. Biologi canadieni de la Universitatea din Brock au descoperit sânge cald sezonier în tag-ul alb-negru argentinian (Alvator merianae). Această șopârlă de aproape un metru trăiește în America de Sud. Ca majoritatea reptilelor, eticheta este încălzită în timpul zilei la soare, iar noaptea se ascunde în găuri și peșteri, unde se răcește. Dar în timpul sezonului de reproducere din septembrie până în octombrie, eticheta temperaturii, frecvența respirației și ritmul bătăilor inimii în orele de dimineață cresc dramatic. Temperatura corpului șopârlei poate depăși temperatura în peșteră cu zece grade. Aceasta dovedește tranzitivitatea formelor de la sângele rece până la animalele homeothermice.

Mecanisme de termoreglare

Organismele omotermice lucrează întotdeauna pentru a asigura funcționarea sistemelor principale - circulatorii, respiratorii, excretori - prin producerea unui minim de producție de căldură. Acest minim, produs în repaus, se numește metabolism bazal. Trecerea la o stare activă la animale cu sânge cald mărește producția de căldură, iar pentru a preveni denaturarea proteinelor, au nevoie de mecanisme pentru creșterea transferului de căldură.

Procesul de realizare a unui echilibru între aceste procese este asigurat de termoreglarea chimică și fizică. Aceste mecanisme protejează organismele homotermice de temperaturi joase și supraîncălzire. Mecanismele de menținere a unei temperaturi corporale constante (termoreglarea chimică și fizică) au diferite surse și sunt foarte diverse.

Reglare chimică a temperaturii

Ca răspuns la scăderea temperaturii mediului, persoanele cu sânge cald se confruntă cu o creștere reflexă în producerea căldurii endogene. Acest lucru se realizează prin intensificarea proceselor oxidative, în special în țesuturile musculare. Contracția musculară necoordonată (tremurătoare) și tonul de termoreglare sunt primele etape ale creșterii producției de căldură. În același timp, metabolismul lipidic crește, iar țesutul adipos devine cheia pentru o mai bună termoreglare. La mamiferele cu climă rece există chiar maro grăsime, toată căldura de la oxidarea căreia merge la încălzirea corpului. Acest consum de energie necesită un animal sau un consum mare de alimente sau rezerve substanțiale de grăsimi. Cu o lipsă a acestor resurse, termoreglarea chimică are limitele sale.

Mecanisme de termoreglare fizică

Acest tip de termoreglare nu necesită costuri suplimentare pentru generarea de căldură, ci este realizat prin conservarea căldurii endogene. Se efectuează prin evaporare (transpirație), radiație (radiație), conducere de căldură (conducție) și convecție a pielii. Metodele de termoreglare fizică au evoluat în cursul evoluției și au devenit din ce în ce mai perfecte în studiu serii filogenetice de la insectivore și lilieci la mamifere.

Exemple de astfel de reglementare este îngustarea sau dilatarea capilarelor sanguine ale pielii, care modifică conductivitatea termică, proprietăți de izolare termică din blană și pene, schimbul de căldură în contracurent între vasele de sânge și vasele de suprafață, organele interne. Producția de căldură este reglată de înclinația părului blănii și a penei, între care se reține un strat de aer.

La mamiferele marine, grăsimile hipodermice sunt distribuite pe tot corpul, protejând endoteplo-ul. De exemplu, în sigilii un astfel de sac de grăsime atinge până la 50% din greutatea totală. De aceea zăpada nu se topește sub sigiliu, întins pe gheața de pe gheață. Pentru animalele care locuiesc în zone cu climă caldă, o distribuție uniformă a stratului de grăsime pe întreaga suprafață a corpului ar fi fatală. De aceea, grăsimea lor se acumulează numai în anumite zone ale corpului (cocoșul cămilei, kurdyuk în oaie), care nu împiedică evaporarea de pe întreaga suprafață a corpului. În plus, la animalele din climatul nordic rece, există un țesut gras special (grăsime brună), care este pe deplin utilizat pentru încălzirea corpului.

Mai aproape de sud - mai multe urechi și picioare mai lungi

Diferite părți ale corpului sunt departe de a fi echivalente în ceea ce privește schimbul de căldură. Pentru a menține schimbul de căldură, raportul dintre suprafața corporală și volumul său este important, deoarece cantitatea de căldură internă depinde de masa corporală, iar schimbul de căldură trece prin capace. Părțile proeminente ale corpului au o suprafață mare, care este bună pentru un climat fierbinte, unde animalele cu sânge cald au nevoie de o emisie mare de căldură. De exemplu, urechi mari cu o varietate de vase de sânge, membre lungi și coadă sunt caracteristice pentru locuitorii unui climat fierbinte (elefant, chanterelle, cu jerboa lungă). Pe vreme rece, adaptarea urmează calea economisirii volumului (urechile și coada sigiliilor).

Există o altă lege pentru animalele cu sânge cald - mai departe spre nord reprezentanții unui grup filogenetic, cu atât sunt mai mari. Și aceasta se referă și la raportul dintre volumul suprafeței de evaporare și, în consecință, pierderea căldurii și masa animalului.

Etologie și schimb de căldură

Comportamentele comportamentale joacă, de asemenea, un rol important în procesele de schimb de căldură, atât pentru animalele poikiloterme, cât și pentru cele homeotermice. Acestea includ modificări ale posturii, construirea de adăposturi și diverse migrații. Cu cât este mai mare adâncimea gaurii, cu atât este mai fluidă tendința de temperatură. Pentru latitudini medii la o adâncime de 1,5 metri, fluctuațiile de temperatură sezoniere sunt invizibile.

Pentru reglarea termică, se folosește și comportamentul grupului. Deci, pinguinii sunt bătuți împreună, agățându-se unul de celălalt. În interiorul grămezii, temperatura este apropiată de temperatura corpului pinguinilor (+37 ° C), chiar și în cele mai grave înghețuri. Camile fac același lucru - în centrul grupului temperatura este de aproximativ + 39 ° C, iar lana animalelor extreme poate fi încălzită până la + 70 ° C.

Hibernarea este o strategie specială

stare de amortire (stupoare) sau hibernare - strategii specifice ale animalelor cu sânge cald, permițând utilizarea la schimbările de temperatură ale corpului în scopuri adaptive. În această stare, animalele opresc menținerea temperaturii corpului și o reduc la aproape zero. Hibernarea se caracterizează printr-o scădere a nivelului metabolismului și a consumului de resurse acumulate. Este bine controlată starea fiziologică atunci când mecanismele de termoreglare sunt comutate la un nivel inferior - scăderi ale ritmului cardiac (de exemplu, y-sony polchka de la 450 la 35 bătăi pe minut), consumul de oxigen este redus la 20-100 de ori.

Awakening necesită costuri și de energie are loc prin auto-încălzire, care nu trebuie confundat cu animalele cu sânge rece amorțeală, unde cauzează scăderea temperaturii mediului ambiant și este reglementat de către stat a corpului (trezirea se produce sub influența factorilor externi).

Stuporul este, de asemenea, o stare reglabilă, dar temperatura corpului scade doar cu câteva grade și adesea însoțește ritmurile zilnice. De exemplu, colibele devin amorte noaptea, când temperatura corpului scade de la 40 ° C la 18 ° C. Există multe tranziții între amorțeală și hibernare. Așadar, deși numim somn de urși hibernând în timpul iernii, de fapt, metabolismul lor scade ușor și temperatura corpului scade doar cu 3-6 ° C. În această stare, rasele ursului poartă urșii.

De ce în mediul acvatic există puține organisme homeotermice

Printre hidrobionți (organisme care trăiesc într-un mediu acvatic) există puțini reprezentanți ai animalelor cu sânge cald. Baleliile, delfinii, sigiliile de blană sunt animale de apă secundară care s-au întors în mediul acvatic din pământ. Căldura de sânge este asociată în primul rând cu o creștere a proceselor metabolice, bazată pe reacția de oxidare. Și rolul principal este jucat de oxigen. Și, după cum se știe, într-un mediu apos conținutul de oxigen nu este mai mare de 1% din volum. Difuzarea oxigenului în apă este de mii de ori mai mică decât în ​​aer, ceea ce îl face și mai puțin accesibil. În plus, cu creșterea temperaturii și îmbogățirea apei cu compuși organici, conținutul de oxigen scade. Toate acestea fac ca existența unui număr mare de organisme cu sânge cald în mediul acvatic să fie neeconomică.

Pro și contra

Principalul avantaj al sângelui cald înainte de sângele rece este disponibilitatea de acțiune, indiferent de temperatura ambiantă. Aceasta este o oportunitate de a rezista la temperaturile de noapte, aproape de îngheț, și de dezvoltare a teritoriilor de nord ale terenului.

Principalul dezavantaj al sângelui cald este consumul ridicat de energie pentru menținerea temperaturii constante a corpului. Și principala sursă pentru acest lucru este mâncarea. Un leu cu sânge cald are nevoie de zece ori mai mult decât un crocodil cu sânge rece, de aceeași greutate.