No Image

Эндотермные животные

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Температура является одним из главных факторов, непосредственно влияющих на все организмы (см. 2.2.2). Верхний предел толерантности к этому фактору составляет 60°C (температура свертывания белков), а нижний – меняется в зависимости от вида организмов. Лишь некоторые бактерии могут существовать при 100°C.

Влияние резких колебаний температуры окружающей среды на организмы снижают специальные адаптивные комплексы признаков. Существуют два принципиально разных типа адаптаций к температуре: пассивный и активный.

Первый тип характерен для эктотермных (пойкилотермных, холоднокровных) организмов (все таксоны органического мира, кроме птиц и млекопитающих). У этих организмов, благодаря сравнительно низкому уровню обмена веществ, главным источником поступления тепловой энергии является внешнее тепло. Их активность зависит от температуры окружающей среды: насекомые, ящерицы и многие другие животные в прохладную погоду становятся вялыми и малоподвижными. Многие виды животных при этом обладают способностью к выбору места с оптимальными условиями температуры, влажности и инсоляции (при дефиците тепла ящерицы греются на освещенных солнцем плитах горных пород, а при его избытке прячутся под камни и зарываются в песок).

У эктотермных организмов существуют специальные адаптации для переживания холода – накопление в клетках «биологических антифризов», препятствующих замерзанию воды и образованию кристалликов льда в клетках и тканях. Например, у холодноводных рыб такими антифризами являются гликопротеиды, у растений – сахар.

Эффективным способом переживания неблагоприятных температур (как низких, так и высоких) является обезвоживание организмов. Коловратки при обезвоживании выносили температуру до –190°C! Колебание содержания воды в тканях эктотермных животных может иметь сезонный характер, что было выявлено у жуков‑ксилофагов (т.е. питающихся древесиной и зимующих в «столовой»), в тканях которых летом воды было много больше, чем зимой. Общеизвестна высокая устойчивость к колебаниям температуры сухих семян растений или обезвоженных слоевищ мхов.

Некоторые эктотермные животные могут повышать температуру тела за счет резких сокращений мышц (например тунец). В холодную погоду питоны обвиваются вокруг кладки яиц и также резкими сокращениями мышц выделяют тепло, достаточное для того, чтобы будущее потомство нормально развивалось. Температура тела питона повышается также во время переваривания пищи.

У рептилий пустыни (ящерицы, вараны, черепахи) имеются специальные приспособления для понижения температуры. Вараны и ящерицы более интенсивно дышат (примерно так же, как и собаки), черепахи выделяют слюну, которой смачивают голову и передние конечности.

Таким образом, «абсолютная» эктотермность наблюдается только у очень маленьких организмов. Большинство организмов все‑таки способно к слабой регуляции температуры тела. У шмелей температура тела поддерживается на уровне 36–40°C даже при температуре воздуха ниже 10°C. Все это говорит о том, что пассивный и активный типы адаптаций связаны постепенным переходом.

Эндотермные (гомойотермные, теплокровные) организмы (птицы и млекопитающие) обеспечиваются теплом за счет собственной теплопродукции и способны активно регулировать производство тепла и его расходование. При этом температура их тела меняется незначительно, ее колебания не превышают 2–4°C даже при самых сильных морозах. Главные адаптации – химическая терморегуляция за счет выделения тепла (например, придыхании) и физическая терморегуляция за счет теплоизоляционных структур (жировой прослойки, перьев, волос и т.д.).

Эндотермные, как и эктотермные животные, для понижения температуры тела используют охлаждающие механизмы испарения влаги с поверхности слизистых оболочек ротовой полости и верхних дыхательных путей. Морфофизиологические приспособления дополняются при этом сложными формами приспособительного поведения (выбор мест для ночлега, защищенных от ветра; групповые ночевки у грызунов, формирование пингвинами плотных групп – «черепах» для уменьшения потерь тепла в условиях низких температур Антарктики и т.д.). Авторы наблюдали, как верблюды в пустыне Гоби также образуют аналогичную «черепаху», укладываясь рядом. В этом случае они достигают обратного эффекта: коллективом защищаются от высокой внешней температуры, которая много выше, чем температура тела животных.

Имеется множество попыток сформулировать правила адаптации к температурам, например «правило Аллена» – чем холоднее климат, тем короче выступающие части тела, например, уши. Это «правило» иллюстрируют размеры ушей у северянина‑песца, обычной для средних широт рыжей лисицы и африканской лисицы фенек.

По «правилу Бергмана», животные одного вида в разных климатических условиях имеют разный вес: они более крупные в холодных условиях и мельче – в теплых. Волк на Таймыре весит около 50 кг, а в Монголии – только 40, лисица на среднерусской равнине может достигать 10 кг, а в Туркмении – это небольшой зверек весом не более 3 кг. Еще более наглядно «правило Бергмана» иллюстрирует связь размеров пингвинов с условиями их обитания. Самый крупный пингвин – императорский (рост 1,2 м, вес 34 кг) живет в центре Антарктиды и редко встречается за пределами 61 о северной широты; патагонский пингвин (90 см, 15–17 кг) обитает на островах Маккуори (55 о южной широты); ослиный (70 см, 6 кг) – до Тасмании (40 о южной широты); самый маленький пингвин – галапагосский, размером всего 50 см и весом 3–4 кг, живет на экваторе, на Галапагосских островах.

Читайте также:  Гепа люкс инструкция по применению цена

Однако из этих «правил» есть множество исключений.

Контрольные вопросы

1. Какие таксоны относятся к классу эндотермных?

2. Какие физиологические механизмы используют эктотермные животные для переживания экстремальных температурных условий?

3. Приведите примеры относительности эктотермности.

4. Какие механизмы используют эндотермные животные для регулирования температуры тела?

5. Расскажите о правиле Аллена.

6. Приведите примеры, иллюстрирующие правило Бергмана.

Биоритмы

Биоритмы – другой характерный пример адаптаций организмов к изменениям условий среды, которые помогают регулировать температуру тела. Они заключаются в закономерных периодических изменениях физиологии или поведения организмов при смене времени суток, сезонов года, приливов и отливов, лунных фаз.

Суточные биоритмы ярко выражены у животных и человека: время активной деятельности и отдыха у разных видов не совпадает. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) период бодрствования наступает с темнотой. С суточным биоритмом связаны десятки физиологических показателей (пульс, артериальное давление, температура тела и др.), от которых зависит активность организма.

Под влиянием приливов и отливов меняется поведение организмов планктона, бентоса мелководий, в период отливов моллюски закрывают раковины или зарываются в песок.

Суточные биоритмы проявляются и у растений. Так у многих видов цветки закрываются на ночь, у некоторых видов в течение суток изменяется положение листьев. У туранговых тополей, растущих в поймах пустынных рек, в период солнцепека листья поворачиваются ребром к солнцу, и потому под такими деревьями днем не бывает тени. Подобным образом может изменяться положение листьев и у некоторых деревьев умеренной полосы, например, у липы. У лотоса листья днем приподнимаются над водой на несколько сантиметров, но ночью «плавают» на ее поверхности так же, как листья кувшинки и кубышки. У клевера лугового листья на ночь складываются таким образом, что снаружи оказываются их нижние поверхности. Только ночью открываются устьица у кактусов.

Сезонные биоритмы ярко выражены и у животных, и у растений, особенно в районах со значительными изменениями климата по сезонам года (в дождевых тропических лесах, где тепло и идут дожди круглый год, эти изменения сглажены). Со временами года связаны ритмы размножения животных и их миграций (в первую очередь перелетных птиц), наступление фенологических фаз развития растений (бутонизация, цветение, плодоношение, сбрасывание листьев деревьев на зиму в умеренных широтах или в сухой жаркий период в сухих тропиках).

У животных, остающихся зимовать в холодном климате, повышается степень теплоизоляции тела. Так теплоизолирующая способность зимней «шубы» бурого медведя на 93% выше, чем летней.

Биоритмы организмов, связанные с изменением длины светового дня, называются фотопериодизмом. Так уменьшение длины дня – сигнал для подготовки растений к зиме (а птиц – к перелетам). За счет искусственного освещения, имитирующего длинный день, организмы могут быть «сбиты с толку». В частности, описаны случаи вымерзания в городах деревьев, если они росли рядом с фонарями (Горышина, 1991). Они оказывались неподготовленными к зиме (у них не накапливались «биологические антифризы» в клетках).

Контрольные вопросы

1. Расскажите о суточных биоритмах растений и животных.

2. Приведите примеры сезонных биоритмов животных и растений.

3. Что такое фотопериодизм у растений?

Ксерофиты

Обширная часть суши нашей планеты (степи, прерии, пустыни и др.) характеризуется условиями недостаточного увлажнения. К этим условиям адаптирована большая экологическая группа ксерофитов.

Ксерофиты – это засухоустойчивые растения, которые без риска гибели могут терять до 50% содержащейся в них воды. У этих растений существует целый комплекс адаптаций к условиям недостатка влаги: глубокие и разветвленные корневые системы, способные извлекать воду из большого объема почвы на глубине 8–10 м; высокое осмотическое давление клеточного сока, позволяющее «вытягивать» влагу из достаточно сухой почвы; толстая кутикула с восковым налетом на листьях, которые уменьшают испарение; узкие листья, наличие на них волосков, большое число устьиц и особые механизмы регулирования их просвета, увеличенный объем вакуолей, делающих растения резервуарами воды (суккулентность кактусов) и т.д.

Кроме того, некоторые ксерофиты выделяют ароматические вещества, которые обволакивают растение, что способствует уменьшению испарения.

У ксерофитов существуют особые варианты фотосинтеза – С4 и САМ (кислый метаболизм толстянковых). Ксерофиты С4 при фотосинтезе на единицу производимого органического вещества затрачивают воды в 2 раза меньше, чем мезофиты с фотосинтезом С3. Растения с фотосинтезом С4 – основа «сухого земледелия» в районах с недостаточным количеством осадков. Пример культурного растения С4 – сорго, которое Н.И. Вавилов назвал «верблюдом растительного мира».

САМ (у кактусов, саксаулов, древовидных молочаев и др.) обеспечивает наиболее экономное расходование влаги: устьица открываются ночью, и поглощаемый диоксид углерода связывается в органические кислоты, а днем фотосинтез осуществляется при закрытых устьицах за счет ночных запасов диоксида углерода.

Разные виды ксерофитов для обеспечения способности переживать стресс засухи используют разные наборы признаков, что делает эту экологическую группу весьма разнообразной по внешнему виду (рис. 9).

Читайте также:  Крыса выпучивает глаза

Рис. 9. адаптивные комплексы признаков у трех видов растений ксерофитов.

Контрольные вопросы

1. Расскажите об адаптации растений к переживанию засухи.

2. Какой экологический ряд вдоль градиента дефицита воды составляют разные типы фотосинтеза?

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

Все животные получают тепло из двух источников — непосредственно из внешней среды и за счет расщепления органических веществ пищи. В зависимости от того, какой из источников является преобладающим, животные подразделяются на две группы — эктотермных и эндотермных.

Эктотермными (пойкилотермными, холоднокровными) называют животных, которые получают тепло преимущественно из внешней среды. Температура тела таких животных близка к температуре внешней среды. Они лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах, так как не обладают собственными механизмами образования и сохранения тепла. Активность эктотермных животных зависит от температуры окружающей среды. К этой группе принадлежат беспозвоночные и хордовые животные, за исключением птиц и млекопитающих.

Не следует, однако, считать, что эктотермные животные совершенно лишены способности к терморегуляции. Средством такой регуляции могут служить поведенческие реакции, в частности, соответствующая ориентация животного по отношению к источнику тепла. Многие виды пресмыкающихся способны поддерживать температуру тела в определенных пределах, изменяя свою активность, прячась в тени, закапываясь в песок или вылезая на солнце. Ряд животных способен изменять интенсивность пигментации эпидермиса в зависимости от температуры.

Некоторые животные развили способность повышать температуру тела за счет активизации мышечных движений. Так, за счет дрожи летательных мышц образуется тепло у многих видов насекомых, что позволяет им поддерживать относительно постоянный уровень активности в определенных температурных границах. Активно плывущие тунцы способны поддерживать температуру тела на несколько градусов выше температуры воды.

Низкие температуры для большинства эктотермных организмов являются ограничивающим фактором. Способом выживания для большинства из них при наступлении периодов с низкими температурами является снижение жизненной активности (оцепенение, спячка). Местообитания с постоянно низкими температурами освоены лишь теми эктотермными организмами, которые в ходе длительной эволюции приобрели ряд адаптаций, препятствующих замерзанию межклеточной воды, денатурации белков и изменению физического состояния липидов. Устойчивость к замораживанию у них достигается механизмами, понижающими точку замерзания жидкостей, например повышением концентрации солей в крови арктических рыб, замещением части воды органическими растворителями (антифризами), например глицерином и др.

В наземной среде низкие температуры успешнее переносят животные с мелкими размерами тела (насекомые, клещи, круглые черви и т. п.), благодаря которым они, обитая в ограниченных пространствах, способны использовать малейшие преимущества микроклимата.

При низких температурах преимуществом для эктотермных животных является снижение энергозатрат, а следовательно, резкое снижение потребления пищи. При высоких температурах эктотермные животные избегают излишних потерь воды путем изменения уровня активности и мест локализации. Особенно четко это проявляется у обитателей пустынь и полупустынь.

Вторая группа животных — эндотермные (гомойотермные, теплокровные) — приобрела способность поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне, вне зависимости oт температуры внешней среды за счет тепла, образуемого самим организмом в ходе метаболических процессов. К ним принадлежат птицы и млекопитающие. Ферментные системы эндотермных животных адаптированы к функционированию в узком диапазоне температур.

Эндотермные организмы выработали разнообразные приспособления для терморегуляции. Так, снижение теплоотдачи достигается у них развитым перьевым или волосяным покровом, жировым слоем в подкожной клетчатке, сужением кровеносных капиллярных сосудов кожи. Увеличение теплоотдачи происходит путем потоотделения, расширения капилляров кожи, повышением частоты дыхания и др. Увеличение теплопродукции достигается также повышением потребления пищи, окислением бурого жира, который служит исключительно источником тепла.

Благодаря высокой интенсивности окислительных процессов и наличию комплекса терморегуляционных механизмов, эндотермные животные освоили разнообразные географические зоны планеты. Ограничивающим фактором в холодных районах для них является не температура, а пища.

Таким образом, у животных приведенных двух групп разная стратегия освоения жизненного пространства: у эктотермных — пассивный путь, т. е. подчинение жизненных функций ходу внешних температур, у эндотермных — активный путь, связанный с большой затратой энергии, который позволяет им заселять разнообразные местообитания.

Гомойотерми́я (от др.-греч. ὅμοιος — сходный, одинаковый и θέρμη — тепло; также эндотермность, теплокровность) — способность живого организма сохранять постоянную температуру тела, независимо от температуры окружающей среды.

Содержание

Гомойотермия у живых существ [ править | править код ]

Среди ныне существующих живых существ гомойотермными являются птицы и млекопитающие (исключение составляют только голые землекопы). Кроме того, 15 мая 2015 года было сделано открытие первой полностью теплокровной рыбы, которую обнаружили ученые из Национального управления океанических и атмосферных исследований США [1] . Дискуссионным также является вопрос о том, относились ли к теплокровным животным птерозавры и динозавры, хотя в последнее время исследователи всё больше склоняются к теплокровности, и споры идут уже о том, какие из видов являлись теплокровными, а какие — нет. Также нет окончательной ясности касательно того, каким именно видом эндотермии обладали динозавры, но имеющиеся данные позволяют сделать вывод, что у крупных динозавров была как минимум инерциальная гомойотермия. [2]

Ныне большинство исследователей полагает, что по своему метаболическому режиму динозавры занимали не просто промежуточное положение между «теплокровными» и «холоднокровными» животными, но принципиально отличались от обоих. Наблюдения над крупными современными рептилиями показали, что если животное имеет приведённый размер тела [3] более 1 м (а именно таковы были почти все динозавры), то в условиях ровного и тёплого (субтропического) климата с малыми суточными колебаниями температуры оно вполне способно поддерживать постоянную температуру тела выше 30°C: тёплоемкость воды (из которой на 85 % состоит тело) достаточно велика, чтобы оно просто не успевало охладиться за ночь. Главное — эта высокая температура тела обеспечивается исключительно за счёт поступления тепла извне, безо всякого участия собственного метаболизма (на что млекопитающим приходится тратить 90 % потребляемой ими пищи). Итак, животное с размерами, свойственными большинству динозавров, может достигать той же степени температурного контроля, что и млекопитающие, сохраняя при этом типично рептилийный уровень метаболизма; это явление Дж. Хоттон (1980) назвал инерциальной гомойотермией. Судя по всему, именно инерциальная гомойотермия (вкупе с бипедальностью) и сделала динозавров царями мезозойской природы.

В новом исследовании канадские и бразильские учёные, возможно, нашли ключ к разгадке этой эволюционной тайны. Группа под руководством Гленна Теттерселла (Glenn Tattersall) из Университета Брока обнаружила, что аргентинский чёрно-белый тегу (Salvator merianae) обладает сезонной теплокровностью. Эта ящерица длиной до 150 сантиметров обитает на большей части Южной Америки и хорошо известна биологам. Большую часть года, как и многие другие рептилии, тегу днём греются на солнце, а ночью прячутся в норах и остывают. Однако учёные с помощью датчиков и тепловых камер выяснили, что в сезон размножения, с сентября по декабрь, в утренние часы частота дыхания и ритм сердечных сокращений животного увеличиваются, и их температура вырастает, становясь выше температуры в норе на целых десять градусов по Цельсию. Учёные считают, что южноамериканские ящерицы представляют собой промежуточное звено между холоднокровными и теплокровными животными. Повышение температуры тела в период размножения увеличивает их активность при поиске партнёра, ускоряет развитие яиц и позволяет внимательнее заботиться о потомстве. [4] Кроме того, например, кожистая черепаха, за счет работы мышц, изолирующей жировой прослойки и крупных размеров поддерживает температуру тела выше, чем температура окружающей воды. Крупные вараны во время охоты или активного передвижения тоже разогреваются. Большие змеи, такие как питоны и удавы умеют повышать температуру тела, свернувшись в кольцо и сокращая мышцы, это используется для согрева и высиживания отложенных яиц.

Читайте также:  Лучший шампунь от блох для кошек отзывы

Виды гомойотермии [ править | править код ]

Различают истинную и инерциальную гомойотермию.

  • Истинная гомойотермия имеет место, когда живое существо обладает достаточным уровнем метаболизма, чтобы поддерживать температуру тела на постоянном уровне за счёт самостоятельного производства энергии из потребляемой пищи. Современные птицы и млекопитающие относятся к истинно гомойотермным существам. Помимо достаточных энергетических возможностей они имеют также различные механизмы, предназначенные для удержания тепла (перья, шерсть, подкожный слой жировой ткани) и для защиты от перегрева при высокой температуре окружающей среды (потоотделение). Недостаток у этого механизма в том, что для поддержания температуры тела необходимо много энергии, а соответственно и потребность в пище выше чем в любом другом случае.
  • Инерциальная гомойотермия — это поддержание постоянной температуры тела за счёт крупных размеров и большой массы тела, а также специфического поведения (например, греться на солнце, охлаждаться в воде). Эффективность механизма инерциальной эндотермии зависит в первую очередь от соотношения теплоёмкости (упрощённо — массы) и среднего теплового потока через поверхность тела (упрощённо — площади тела), поэтому этот механизм может явно наблюдаться только у крупных видов. Инерциально-гомойотермное существо в периоды повышения температуры медленно нагревается, а в периоды похолодания — медленно остывает, то есть за счёт большой теплоёмкости колебания температуры организма сглаживаются. Недостатком инерциальной гомойотермии является то, что она возможна только при определённом типе климата — когда средняя температура окружающей среды соответствует желаемой температуре тела и нет длительных периодов сильных похолоданий или потеплений. Из достоинств следует выделить небольшую потребность в пище при достаточно высоком уровне активности. Характерный пример инерциальной гомойотермии представляет собой крокодил. Кожа крокодила покрыта прямоугольными роговыми щитками, которые на спине и животе располагаются правильными рядами, под ними в спинной и реже в брюшной части развиваются остеодермы, образующие панцирь. Остеодермы в дневное время аккумулируют тепло, поступающее вместе с солнечным светом. Благодаря этому температура тела крупного крокодила в течение суток может колебаться в пределах всего одного-двух градусов. [5] Наряду с крокодилами, состояние, близкое к инерциальной гомойотермии, может наблюдаться у крупнейших сухопутных и морских черепах, а так же комодских варанов, крупных питонов и удавов.
Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Животные
0 комментариев
No Image Животные
0 комментариев
No Image Животные
0 комментариев
Adblock detector