Homoiotermični organizmi. Toplo krvne živali. Pojkilotermni organizmi

Raznolikost življenja na našem planetu je presenetljiva v svojem obsegu. Nedavne študije kanadskih znanstvenikov kažejo na 8,7 milijona vrst živali, rastlin, gliv in mikroorganizmov, ki naselijo naš planet. In opisal od njih le okoli 20%, in to je 1,5 milijona, ki nam poznajo vrste. Živi organizmi so naselili vse ekološke niše na planetu. V biosferi ni prostora, kjer bi bilo življenja. V ventilih vulkanov in na vrhu Everesta - povsod najdemo življenje v svojih različnih manifestacijah. In nedvomno je takšna raznolikost in razpršenost narave posledica pojavljanja v procesu razvoja pojava toplokrvnosti (homootermalnih organizmov).

Meja življenja je temperatura

Osnova življenja je metabolizem telesa, ki je odvisen od hitrosti in narave poteka kemičnih procesov. Te kemične reakcije so možne le v določenem temperaturnem območju s svojimi indeksi in trajanjem izpostavljenosti. Za večje število organizmov se mejne temperature temperature okolja gibljejo od 0 do +50 stopinj Celzija.

Ampak to je špekulativni zaključek. Natančneje reči, da bodo tisti, v katerem ni protein denaturacije in nepopravljive spremembe v koloidnih lastnosti citoplazmi celic, oslabljeno aktivnostjo vitalnih encimov temperaturno območje življenja. In veliko organizmov v procesu evolucije je pridobil visoko specializirane encimske sisteme, ki jim omogočajo živeti v pogojih, ki presegajo te meje.

Okoljska razvrstitev

Meje optimalnih življenjskih temperatur določajo delitev življenjskih oblik na planetu v dve skupini - kriofili in termofili. Prva skupina raje prehladi in je specializirana za življenje v takih razmerah. Več kot 80% biosfere planeta je hladno območje s povprečno temperaturo +5 ° C. To so globine oceanov, puščave Arktike in Antarktike, območja tundre in visokogorja. Povečana mrzla odpornost zagotavlja biokemično prilagoditev.

Encimatski sistem kriofilov učinkovito znižuje energijo aktivacije bioloških molekul in ohranja metabolizem v celici pri temperaturi blizu 0 ° C. Hkrati prilagoditve potekajo v dveh smereh - pri pridobivanju odpornosti (konfrontacije) ali strpnosti (odpornosti) na mraz. Ekološka skupina termofilcev so organizmi, optimalna življenjska doba so območja visokih temperatur. Njihovo vitalno delovanje je tudi specializacija biokemičnih prilagoditev. Omeniti velja, da se s kompleksnostjo organizacije organizma zmanjša njegova sposobnost termofilije.

Temperatura telesa

Ravnotežje toplote v živem sistemu je celoten prihod in izdatki. Od temperature okolja (eksogena toplota) je odvisna od temperature telesa organizmov. Poleg tega je endogena toplota - produkt notranje presnove (oksidativni procesi in cepitev adenozin trifosfata) - nepogrešljiv atribut življenja. Življenjska aktivnost večine vrst na našem planetu je odvisna od eksogene toplote in temperature njihovih teles - na poteku temperature okolja. Ti poikilotermni organizmi (poikilos - različni), pri katerih je temperatura telesa spremenljiva.

Poikilotherms - vsi mikroorganizmi, glive, rastline, nevretenčarji in večina hordata. In samo dve skupini vretenčarjev - ptic in sesalcev - so homeotermni organizmi (homoios - podobni). Ohranijo konstantno temperaturo svojega telesa, ne glede na temperaturo okolice. Imenujejo se tudi toplokrvne živali. Njihova glavna razlika je prisotnost močnega pretoka notranje toplote in sistema termoregulatornih mehanizmov. Posledično se v homeotermnih organizmih izvajajo vsi fiziološki procesi pri optimalnih in konstantnih temperaturah.

Resnično in napačno

Nekateri poikilotermni organizmi, kot so ribe in iglokožci, imajo tudi stalno telesno temperaturo. Živijo v pogojih stalnih zunanjih temperatur (globine oceanov ali jame), kjer se temperatura okolja ne spremeni. Imenujejo se lažno homeotermični organizmi. Mnoge živali, za katere je značilen pojav hibernacije ali začasnega stuporja, imajo spremenjeno telesno temperaturo. Ti resnično homeotermni organizmi (primeri: marmoti, netopirji, ježi, swifts in drugi) se imenujejo heterotermni.

Spoštovana aromorfoza

Videoposnetek homeotermije v živih bitjih je zelo energetsko poraba evolucijske pridobitve. Znanstveniki še vedno trdijo, da se je pojavila ta postopna sprememba v strukturi, kar je pripeljalo do povečanja ravni organizacije. Predlagane so bile številne teorije nastanka toplokrvnih organizmov. Nekateri raziskovalci priznavajo, da bi ta funkcija lahko imela tudi dinozavre. Toda z vsemi nesoglasji znanstvenikov je nekaj prepričljivo: pojav homootermalnih organizmov je bioenergetski pojav. In komplikacija življenjskih oblik je povezana s funkcionalno popolnostjo mehanizmov za prenos toplote.

Kompenzacija temperature

Sposobnost nekaterih poikilothermic organizmov vzdrževati stalno raven menjalnih procesov preko različnih temperaturnih sprememb telesa, ki jih biokemijskih prilagoditvami temperature nadomestilo. Temelji na sposobnosti nekaterih encimov, da spremenijo konfiguracijo s padajočo temperaturo in povečajo afiniteto s substratom, s čimer se poveča hitrost reakcij. Na primer, poraba škojčnih Barentsovem morju školjke kisik ni odvisna od temperature okolice, ki se spreminja v območju od 25 ° C (5-30 ° C).

Vmesne oblike

Evolucijski biologi so ugotovili predstavnike prehodnih oblik od poikilotherma do toplokrvnosti sesalcev. Kanadski biologi z Univerze v Brocku so odkrili sezonsko toplokrvnost v argentinskem črno-beli oznaki (Alvator merianae). Ta skoraj štirinajst kuščar živi v Južni Ameriki. Kot večina plazilcev se oznaka ogreva ob sončnem dnevu in ponoči se skriva v luknjah in jamah, kjer se ohladi. Toda med plemensko sezono od septembra do oktobra se dramatično povečuje temperaturna oznaka, pogostost dihanja in ritem srčnega utripa. Temperatura telesa gušterja lahko presega temperaturo v jami za deset stopinj. To dokazuje prehodnost oblik od hladnokrvnosti do homeotermnih živali.

Mehanizmi termoregulacije

Homoiotermični organizmi vedno delujejo za zagotovitev delovanja glavnih sistemov - cirkulacije, dihal, izločanja - tako, da proizvajajo najmanj proizvedene toplote. Ta minimalni odmerek se imenuje bazalni metabolizem. Prehod v aktivno stanje pri toplokrvnih živalih povečuje proizvodnjo toplote in preprečuje denaturacijo beljakovin, potrebujejo mehanizme za povečanje prenosa toplote.

Postopek doseganja ravnovesja med temi procesi zagotavlja kemična in fizična termoregulacija. Ti mehanizmi ščitijo homootermne organizme pred nizkimi temperaturami in pregrevanjem. Mehanizmi vzdrževanja stalne telesne temperature (kemične in fizične termoregulacije) imajo različne vire in so zelo raznoliki.

Kemijska termoregulacija

V odgovor na znižanje temperature okolja toplokrvni posamezniki doživljajo refleksno povečanje proizvodnje endogene toplote. To dosežemo s krepitvijo oksidativnih procesov, zlasti v mišičnih tkivih. Neusklajeni krčenje mišic (tresenje) in termoregulacijski ton sta prva stopnja povečanja proizvodnje toplote. Hkrati se povečuje presnovo lipidov in maščobno tkivo postane ključ do boljše termoregulacije. Pri sesalcih mrzlega podnebja je celo rjava maščoba, vsa toplota iz oksidacije gre za ogrevanje telesa. Ta poraba energije zahteva žival ali porabo velike količine hrane ali znatnih zalog maščob. S pomanjkanjem teh virov ima kemijska termoregulacija svoje meje.

Mehanizmi fizične termoregulacije

Ta vrsta termoregulacije ne zahteva dodatnih stroškov za proizvodnjo toplote, vendar se doseže z ohranjanjem endogene toplote. Izvaja se z izhlapevanjem (znojenje), sevanjem (sevanjem), toplotno prevodnostjo (prevodnostjo) in konvekcijo kože. Metode fizične termoregulacije so se razvile v evoluciji in postale vse bolj popolne v študiji filogenetske vrste od žuželk in netopirjev do sesalcev.

Primeri takih ureditev je zožitev ali dilatacija krvnih kapilar v koži, ki spreminja toplotno prevodnost, toplotno izolacijo krzna in perja, protitočno izmenjavo toplote med krvnih žil in površinska plovila notranjih organov. Izhod toplote regulira nagnjenost dlaka krzna in perja, med katerima je ohranjen zračni sloj.

V morskih sesalcih se podkožna maščoba porazdeli po celem telesu in ščiti endotepo. Na primer, v pečatih, kot je vrečka za maščobo, doseže do 50% celotne teže. Zato se sneg ne stopi pod tesnila, leži na ledu na ledu. Za živali, ki živijo v vročih podnebjih, bi bila enotna porazdelitev maščobne plasti po celotni površini telesa usodna. Zato imajo maščoba nabira le na določenih delih telesa (grbine kamele, maščoba repa ovce), da ne preprečuje izhlapevanje celotne telesne površine. Poleg tega je pri živalih v severnem hladnem podnebju posebno maščobno tkivo (rjava maščoba), ki se v celoti uporablja za ogrevanje telesa.

Bliže jugu - več ušes in daljše noge

Različni deli telesa niso enakovredni glede izmenjave toplote. Da bi ohranili razmerje prenosa toplote ploskev je telo pomembna in njegov obseg, ker je količina notranje toplote je odvisen od telesne mase in prenosa toplote poteka preko tančice. Iztegnjeni deli telesa imajo veliko površino, kar je dobro za vročo podnebje, kjer toplokrvne živali potrebujejo veliko emisijo toplote. Na primer, za prebivalce vročega podnebja so značilna velika ušesa z različnimi krvnimi žilami, dolgimi kraki in repom (slon, dolgozahljiv jerboa). V hladnem vremenu, prilagoditev sledi poti varčevanja območje na prostornino (ušesa in rep tesnila).

Za toplokrvne živali obstaja še en zakon - daleč severneje predstavljajo ene filogenetske skupine, večje so. To je tudi povezano z razmerjem med prostornino površine izhlapevanja in s tem izgubo toplote ter z maso živali.

Etologija in izmenjava toplote

Vedenjske značilnosti imajo tudi pomembno vlogo pri procesih izmenjave toplote, tako za poikilotermne kot homeotermne živali. To vključuje spremembe položaja, gradnjo zavetišč in različne migracije. Večja je globina luknje, temnejši temperaturni trend. Za srednje širine na globini 1,5 metra so sezonska nihanja temperature nevidna.

Za termoregulacijo se uporablja tudi obnašanje skupine. Torej, pingvini padejo skupaj, tesno se držijo med seboj. V notranjosti je temperatura blizu telesne temperature pingvinov (+37 ° C), tudi v najhujših zmrzalah. Kamele storijo enako - v središču skupine je temperatura okoli +39 ° C, volna ekstremnih živali pa lahko segrejemo do +70 ° C.

Mirovanje je posebna strategija

Torpid stanje (stupor) ali mirovanja - specifične strategije toplokrvnih živalih, ki omogoča uporabo v temperaturnih sprememb telesa v nastavljivih namene. V tem stanju živali prenehajo vzdrževati telesno temperaturo in zmanjšati na skoraj nič. Za mirovanje je značilno zmanjšanje ravni presnove in porabe akumuliranih virov. To je dobro nadzorovan fiziološko stanje, ko se termoregulatornih mehanizmi preklopi na nižji ravni - znižanje srčnega utripa (npr y Sony polchka od 450 do 35 utripov na minuto), se poraba kisika zniža na 20-100 krat.

Prebujenje zahteva stroške in energijo pojavlja lastni segrevanja, ki se ne da mešati z otrplost hladnokrvnih živali, kjer povzroči zmanjšanje temperature okolice in nereguliranim država telesa (prebujenje pojavi pod vplivom zunanjih dejavnikov).

Stupor je tudi nastavljivo stanje, vendar temperatura telesa pade le nekaj stopinj in pogosto spremlja dnevne ritme. Na primer, kolibi postanejo ponori ponoči, ko njihova telesna temperatura pade od 40 ° C do 18 ° C. Med otrtostjo in mirovanjem je veliko prehodov. Torej, čeprav pravimo sanje ima mirovanje v zimskem času, v resnici, imajo presnova se bistveno zmanjša, in njihova telesna temperatura pade samo 3-6 ° C V tem stanju je, da medved nosi mladiče.

Zakaj je v vodnem okolju malo homeotermnih organizmov

Med hidrobiontami (organizmi, ki živijo v vodnem okolju) je malo predstavnikov toplokrvnih živali. Kiti, delfini, krzneni tjulnji so sekundarne vodne živali, ki so se od kopnega vrnile v vodno okolje. Toplota krvi je predvsem povezana s povečanjem metabolnih procesov, na osnovi katerih je reakcija oksidacije. In glavno vlogo igra kisik. In, kot je znano, v vodnem mediju vsebnost kisika ni več kot 1% volumna. Difuzija kisika v vodi je na tisoče krat manjša kot v zraku, zaradi česar je še manj dostopna. Poleg tega s povečanjem temperature in obogatitvijo vode z organskimi spojinami se vsebnost kisika zmanjša. Vse to naredi obstoj velikega števila toplokrvnih organizmov v vodnem okolju neurejeno.

Prednosti in slabosti

Glavna prednost toplokrvnega pred hladnokrvno je pripravljenost za delovanje, ne glede na temperaturo okolice. To je priložnost, da prenese nočne temperature, blizu zamrznitve in razvoj severnih ozemelj zemlje.

Glavna pomanjkljivost toplokrvnosti je visoka poraba energije za vzdrževanje stalne temperature telesa. In glavni vir za to je hrana. Toplekrvni lev hrane potrebuje desetkrat več kot hladnokrvni krokodil enake teže.