Теплокровність
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Теплокровність — у класичному і найбільш звичайному розумінні, це здатність організмів підтримувати постійну температуру тіла (термічний гомеостаз) незалежно від температури навколишнього середовища. Ця здатність включає в себе можливість охолодження або нагріва тіла. Теплокровні тварини переважно контролюють температуру свого тіла за рахунок регулювання швидкості обміна речовин.
Проте, термін «теплокровність» (як і «холоднокровність») зараз визначений дуже нечітко та існують декілька можливих визначень терміну, що приводить до непорозумінь. Неможливо розділити всі організми на дві категорії при будь-якому визначенні. Підтримка температури тіла залучає велику кількість механізмів, що дають в результаті майже безперервний спектр температур тіла та ступеню вплива навколишнього середовища, із ідеальними класичними визначеннями на протилехних кутах цього спектра.
Зміст |
[ред.] Визначення терміну «теплокровність»
Зазвичай термін «теплокровність» посилається на три окремі аспекти терморегуляції:
1. Ендотермія (від грец. endo — «в межах» і therm — «тепло») — здатність деяких організмів контролювати температурами своїх тіл за допомогою внутрішніх засобів, наприклад, тремтіння м'язів або внутріклітинних засобів. Деякі автори обмежують значення терміну конкретними механізмами підвищення щвидкості метаболізму тварин для отримання тепла. Протилежність ендотермії — екзотермія.
2. Гомойотермія (від грец. homoios — «похожий» і therm — «тепло») — терморегуляція, що дозволяє підтримувати постійну внутрішню температуру тіла не дивлячись на зовнішній вплив. Ця температура зазвичай вища, ніж температура безпосереднього оточення. Протилежність гомойотермії — пойкілотермія.
3. Тахіметаболізм (від грец. tachy — «швидко» і metabol — «змінюватися») — вид терморегуляції, характерний для організмів із восоким рівнем основного обміну, тобто швидкості метаболізму у стані спокою. Тахіметаболічні організми, по суті, зберігають високу активність протягом всього часу. Хоча їх основний обмін і повільніший їх швидкість основного обміну с активному стані, різниця не така велика, як у брадіметаболічних організмах. Тахіметаболічні організми зазвичай потребують більше їжи та гірше переносять її нестачу.
Переважна більшість організмів, як традиційно називаються «теплокровними» (ссавці і птахи), відповідають всім трьом визначенням. Проте, протягом другої половинии 20-го століття, дослідження тварин виявили багато видів, що належать до однієї з цих груп, але не відповідають всім трьом визначенням теплокровності. Наприклад, багато кажанів та малих птахів — пойкілотермічні і брадіметаболічні під час сну. Для цих організмів використовується інший термін — гетеротермія.
З іншого боку, дослідження тварин, які традиційно вважалися холоднокровними, показали, що більшість організмів мають різні комбінації властивостей, характерних для теплокровних тварин, разом із властивостями, характеринми для холоднокровних (ектотермія, пойкілотермія і брадіметаболізм), таким чином створюючи широкий спектр типів терморегуляції тіла.
[ред.] Механізми терморегуляції традиційно теплокровних тварин
[ред.] Створення та збереження тепла
Організми, що традиційно вважаються теплокровними, мають велике число мітохондрій на клітину, що надає їм можливість виробляти тепло, збільшуючи швидкість «спалювання» жирів і цукрів. Це вимагає набагато більшої кількості їжи, ніж кількість, що споживають холоднокровні тварини, для відновлення жирових та цукрових резервів.
Багато ендотермічних тварин доповнюють клітинний механізм тремтінням в холодних умовах, з ціллю перетворення жирів та цукрів на тепло за допомогою мускульної активності. Зимою, коли часто не вистачає їжи для підтримки високої швидкості обміну речовин протягом всього дня, деякі організми переходять в гіпотермічний стан, відомий як сплячка або глибокий сон. У такому стані енергія зберігається за рахунок зниження температури тіла. Багато птахів і маленьких ссавців (наприклад тенреки) також дозволяють температурі тіла знижуватися вночі, скорочуючи споживання енергії, необхідної для підтримки температури тіла. Навіть людина дещо знижує швидкість метаболізму протягом сну.
Втрата тепла більше загрожує невеликим організмам, оскільки вони мають більше співвідношення зовнішньої площі до об'єму. Найменші теплокровні тварини мають теплоізоляцію у вигляді хутра або пір'я. Водні теплокровні тварини загалом використовують глибокі шари жиру під шкірою для ізоляції, через те що хутро або пір'я практично не працює в їх оточеннях. Пінгвіни використовують як пір'я, так і жир, через те що їх напівводний образ життя обмежує ступінь ізоляції, яку може надати пір'я. Птахи, особливо болотяні, мають кровоносні судини на нижних частинах ніг, що служать теплообмінниками — вени розташовані поряд з артеріями і тому забирають їх тепло і переносять його назад в кровоток. Багато теплокровних тварин білі або світлі, скорочуючи втрату тепла за рахунок випромінювання і через скорочення потоку крові через шкіру.
[ред.] Охолодження та запобігання перегріву
В тропічному і екваторіальному кліматі і протягом літа у помірних районах перегрів є такою же загрозою, як і холод. У жарких умовах багато теплокровних тварин збільшують втрату тепла збільшенням дихання та випарюванням вологи у легенях, та збільшенням потоку крові через шкіру. Безволосі і коротковолосі ссавці крім того потіють, тому що випаровування поту також знижує температуру. Слони зберігають спокій, використовуючи свої величезні вуха подібно до радіаторів: вони змахують свої вуха, збільшуючи поток повітря над ними.
[ред.] Порівняння теплокровної та холоднокровної стратегій
[ред.] Переваги швидкого метаболізму
Повна швидкість метаболізму тварин зростає приблизно удвічі на кожні 10 C° підвищення температури тіла (крім випадків, коли необхідно уникати гупертермії). Теплокровність не забезпечує більшу швидкість руху, ніж холоднокровність — холоднокровні тварини можуть рухатися так же швидко, як і теплокровні тварини того ж розміру і будови тіла. Але теплокровні тварини мають набагато більше витримки, ніж холоднокровні організми, тому що їх швидший метаболізм дозволяє швидко відновлювати джерела енергопостачання (особливо АТФ) і усувати продукти метаболізму (особливо молочну кислоту). Це надає можливість теплокровним хижакам настигати здобич, а потенційній теплокровній здобичі уникати холоднокровних хижаків (за умовами уникнення початкового нападу або засідки), що робить теплокровних тварин більш успішними.
[ред.] Переваги гомейотермії
Ферменти мають сильну залежність активності від температури і їх ефективність набагато зменшенується за межами оптимальної температури. Організми із постійною температурою тіла, таким чином можуть використовувати ферменти, найефективніші при певній температурі. Інша перевага гомейотермічних тварин полягає в їх здатності підтримувати постійну температуру тіла та активність навіть за умовами дуже холодної погоди. Пойкілотермічні організми повинні або ефективно функціювати далеко за межами мексимальної температури протягом більшості часу, або витрачати додаткові ресурси для створення ширшого ряду ферментів, щоб покрити ширший ряд температур тіла. Вакарчук козел!!
[ред.] Недоліки теплокровності
Тому що теплокровні тварини використовують ферменти, які специфічні для вузького ряду температур, гіпотермія (перехолодження) тіла швидко приводить до втрати активності та смерті. Також, енергія, необхідна для підтримки постійної температури, отримується від їжи — це приводить до необхідності гомуйотермічним тваринам споживати набагато більше хжи, ніж пойкілотермічним.
Тремтіння та зпалювання жиру для підтримки температури вимагає великих витрат енергії, що приводить до певних проблем, наприклад:
- протягом зими, багато маленьких птахів втрачають біля третини ваги ваги свого тіла протягом ночі.
- загалом теплокровна тварина вимагає від 5 до 10 разів більше їжи, ніж холоднокровна тварина того ж розміру і будови, такі холоднокровні тварини краще виживають за умовами голоду і в безплідних середовищах.
[ред.] Контроль температури холоднокровних тварин
Наукове розуміння механізмні терморегуляції значно просунулося з часу створення класичного поділу організмів на теплокровних та холоднокровних, в результаті була досліджена велика кількість таких механізмів.
Багато «холоднокровних» тварин використовують динамічні засоби для регулювання своїх внутрішніх температур:
- Ящірки і змії гріються на сонці вранку та увечері, і шукають притулок навколо полудня.
- Багато видів бджіл і метеликів активно машуть крилами для підняття температури м'язів перед польотом.
- Бджоли у великих вуликах охолодить вулик протягом жарких періодів, збираючись біля входів і використовуючи свої крила в якості вентиляторів, продуваючи холодніше зовнішнє повітря через вулик. Вони також нагрівають вулик за часів холодів, збираючись посередині і тремтячи для виробництва тепла.
- Насипи термітів зазвичай орієнтуються в північно-південному напрямку таким чином, що вони поглинають максимальну кількість тепла як можливий уранці та увечері, та мінімізують абсорбцію тепла навколо полудня.
Деякі інші «холоднокровні» організми використовують внутрішні механізми для підтримки температури тіла вище за рівень середовища:
- Тунець і риба-меч довго вважалися чисто чисто холоднокровними тваринами. Вони мешкають на великих океанських глибинах, де вода дуже холодна. Риба-меч, проте, може піднімати температуру своїх мозків і очей, що дозволяє швидших рух ока та обробку інформації під час полювання. Тунці можуть нагрівати все тіло за допомогою механізмів рете-мірабле (Шаблон:Langlla), що допомогають утримувати тепло усередині тіла, і мінімізують втрату тепла через зябра. Вони також мають свої плавникові м'язи біля центру тіла, що мінімізує втрату тепла.
- «Теплокровні» акули (наприклад, мако і біла акула) мінімізують втрату тепла, використовуючи свої зябра в якості теплообмінників — вени розташовані поряд з артеріями і тому витягують тепло від артерій та несуть назад в тіло.
- Великі морськи черепахи проявляють інерційну гомейотермію (гігантотермію) — їх низьке співвідношення зовнішньої площі до об'єму мінімізує втрату тепла.
[ред.] Див. також
[ред.] Посилання
- Стаття створена з використанням статті англійської Вікіпедії Warm-blooded
- Mark Blumberg. Body Heat: Temperature and Life on Earth (2002), Harvard University Press. ISBN 978-0674007628.
