Гомойотермные животные

Гомойотермия

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.

Гомойотермия у живых существ

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. 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.

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 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.

— Кирилл Еськов, История Земли и жизни на ней: От хаоса до человека. (Глава 11)

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.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.

Виды гомойотермии

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. 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.

> См. также

  • Метаболизм
  • Пойкилотермия

Примечания

  1. Обнаружена первая полностью теплокровная рыба. Lenta.ru (15 мая 2015).
  2. Все крупные динозавры были теплокровными
  3. То есть диаметр шара, имеющего ту же плотность, что и средняя плотность тела животного, при объёме, равном объёму тела животного.
  4. Биологи нашли первую теплокровную ящерицу. Вести. Дата обращения 26 января 2016.
  5. Grigg, G. C. Thermal relations of large crocodiles, Crocodylus porosus, free-ranging in a naturalistic situation : / G. C. Grigg, F. Seebacher, L. A. Beard … // Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. — 1998. — Vol. 265, no. 1407 (22 September). — P. 1793–1799. — DOI:10.1098/rspb.1998.0504. — PMC 1689355.

Литература

  • Дзержинский Ф. Я. Сравнительная анатомия позвоночных животных — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Аспект Пресс, 2005. С. 44—45, 60.
  • Еськов К. Ю. История Земли и жизни на ней: От хаоса до человека. — М.: НЦ ЭНАС, 2004. С. 312. ISBN 5-93196-477-0. URL
  • Актуальные вопросы курса неорганической химии. — М.: Просвещение, 1991. С. 224. ISBN 5-09-002630-0

Гомойотермные (теплокровные) организмы

К этой группе относят два класса высших позвоночных – птицы и млекопитающие. Принципиальное отличие теплообмена гомойотермных (от греч. homoios – одинаковый, подобный) животных от пойкилотермных заключается в том, что у них функционирует комплекс активных регуляторных механизмов поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма. Благодаря этому биохимические и физиологические процессы всегда протекают в оптимальных температурных условиях.

Интенсивность метаболизма у гомойотермных организмов на один-два порядка выше, чем у пойкилотермных. В основе их теплового баланса лежит использование собственной теплопродукции. Поэтому птиц и млекопитающих относят к эндотермным организмам. Эндотермия – важное свойство, благодаря которому существенно снижается зависимость жизнедеятельности организма от температуры внешней среды.

Температура тела гомойотермных животных характеризуется довольно высоким постоянством. Даже у арктических и антарктических видов при температуре среды до минус 50°С температура тела колеблется не более чем в пределах 2 – 4°С (и составляет у птиц около +41°С).

У млекопитающих температура тела несколько ниже, чем у птиц, и у многих видов подвержена более сильным колебаниям. Характерны видовая специфичность температуры тела млекопитающих. Межвидовые отличия укладываются в диапазон 30 – 39°С. Для многих млекопитающих характерно снижение температуры во время сна (от десятых долей градуса до 4 – 5°С).

У всех гомойотермных животных наружные слои тела (покровы, часть мускулатуры и т.д.) образуют оболочку, температура которой изменяется в широких пределах. Таким образом, устойчивая температура характеризует лишь область локализации важных внутренних органов и процессов.

Механизмы терморегуляции. Физиологические механизмы, обеспечивающие тепловой гомеостаз организма, подразделяются на две функциональные группы: механизмы химической и физической терморегуляции.

Химическая терморегуляцияпредставляет собой регуляцию теплопродукции организма. Это процесс рефлекторного усиления либо уменьшения теплопродукции в ответ на снижение либо повышение температуры окружающей среды.

Тепло постоянно вырабатывается в организме в процессе окислительно-восстановительных реакций метаболизма. При этом часть его отдаётся во внешнюю среду тем больше, чем больше разница температуры тела и среды. Поэтому поддержание устойчивой температуры тела при снижении температуры среды требует соответствующего усиления процессов метаболизма и сопровождающего их теплообразования, что компенсирует теплопотери и приводит к сохранению общего теплового баланса организма.

Специфическое терморегуляторное теплообразование сосредоточено преимущественно в скелетной мускулатуре. Терморегуляционный тонус выражен микросокращениями фибрилл, что регистрируется в виде повышения электрической активности внешне неподвижной мышцы при её охлаждении. При этом наблюдается повышение потребления мышцей кислорода более чем на 15%. При более сильном охлаждении наряду с резким повышением терморегуляционного тонуса включаются видимые сокращения мышц в форме холодовой дрожи. Газообмен при этом возрастает до 300-400% .

При длительном воздействии холода сократительный тип термогенеза может быть замещён (или дополнен) переключением тканевого дыхания в мышце на так называемый свободный (нефосфорилирующий) путь, при котором выпадает фаза образования и последующего расщепления АТФ.

У млекопитающих (а также возможно и у птиц) существует ещё одна форма недрожевого термогенеза, связанная с окислением особой бурой жировой ткани, откладывающейся в области межлопаточного пространства, шеи и грудной части позвоночника. Бурый жир содержит большое количество митохондрий и пронизан многочисленными кровеносными сосудами. Под действием холода увеличивается кровоснабжение бурого жира, интенсифицируется его дыхание, возрастает выделение тепла. Важно, что при этом непосредственно нагреваются расположенные вблизи органы: сердце, крупные сосуды, лимфатические узлы, а также центральная нервная система. Бурый жир используется, главным образом, как источник экстренного теплообразования.

Физическая терморегуляция – процесс поддержания оптимальной температуры тела регулированием теплоотдачи при помощи комплекса морфофизиологических механизмов.

Теплоизоляционные структуры (перьевой, волосяной покровы) удерживают вокруг тела слой воздуха, который играет роль теплоизолятора. Рефлекторное управление (пиломоторная реакция) параметрами покровов (объём, плотность и т.п.) обеспечивает быстрый и эффективный ответ организма на нарушения теплового баланса при меньших по сравнению с химической терморегуляцией затратах энергии.

Для гомойотермных животных характерны охлаждающие механизмы регулируемого испарения воды (пота с поверхности кожи, влаги слизистых оболочек с поверхности ротовой полости и верхних дыхательных путей с изменением частоты дыхания), а также сосудистые реакции (при которых изменение теплоотдачи достигается расширением и сужением мелких кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи).

В выступающих или поверхностных частях тела у ряда животных, например, в ластах китов, в лапах некоторых птиц имеется приспособление – «чудесная сеть», сплетение сосудов, в котором вены плотно прижаты к артериям (рисунок 7.1). Текущая по артериям кровь отдает тепло венам, оно возвращается к телу, а артериальная поступает в конечности охлажденной. При этом конечности оказываются пойкилотермными, но температура остального тела поддерживается с меньшими затратами.

Рисунок 7.1 – «Чудесная сеть»

Поведенческие адаптации направлены на более экономичное расходование энергии на терморегуляцию. Характерно использование и поддержание особенностей микроклимата.

Обратимая гипотермия – способность некоторых групп гомойотермных животных подобно пойкилотермным впадать в состояние оцепенения со снижением интенсивности метаболизма и понижением температуры тела. У видов с сезонной и суточной ритмикой гипотермии развиты эндогенные биологические часы, основанные на термофотопериодической реакции.

Гомойотермия (теплокровность) — это особенность, которая появилась в конце эволюционного пути и встречается только у современных представителей фауны. Теплокровных животных также называют эндотермными или гомойотермными животными.

Они вырабатывают тепло внутри своего тела, и имеют терморегуляторную систему, которая поддерживает постоянную температуру тела, в значительной степени независимую от условий окружающей среды. Также температура их тела остается практически неизменной на протяжении всей жизни.

Теплокровные животные, чтобы поддерживать тепло своего тела большую часть пищи, которую они употребляют преобразовать в энергию. Этот процесс осуществляется при помощи митохондрий — органелл в эукариотических клетках. Лишь малая часть еды, преобразовывается в массу тела.

В частности, мелкие животные, должны интенсивно питаться, особенно пищей с высоким содержанием энергии, такой как семена, насекомые или другие небольшие животные. Более крупные животные нуждаются в меньшем количестве пищи. Обычно у теплокровных животных температура тела выше, чем у окружающей среды. Гомойотермным животным сложно потерять тепло, и относительно легко согреться.

Примеры теплокровных животных

Люди, которые также являются теплокровными, поддерживают постоянную температуру на уровни около 37° C. Большинство млекопитающих, крупных и маленьких, а также птиц — гомойотермные.

Все приматы (включая, людей), кошачьи (тигры, гепарды, львы, домашние кошки и др.), грызуны (крысы, бобры, бурундуки и др.), сумчатые (кенгуру), куньи (барсуки и выдры), однопроходные (утконосы), морские млекопитающие (киты, тюлени, моржи, ламантины, дельфины и др.), собаки, свиньи, слоны и многие другие являются теплокровными.

Однако, некоторые виды птиц не относятся к гомойотермным животным. Более того, млекопитающие, такие как летучие мыши, крысы, кроты и ехидны, не являются ни теплокровными, ни холоднокровными.

Эволюционные механизмы адаптации гомойотермных животных

Так как теплокровные животные не зависят от окружающей среды, чтобы поддерживать температуру тела, они могут жить как в жарких, так и холодных регионах мира. Они имеют различные адаптации, чтобы сохранить тепло, включая густую шерсть, перья у птицы, или жир у морских млекопитающих.

Существует также различные поведенческие реакции, включая озноб, миграцию, или спячку в холодное время года. Некоторые птицы мигрируют на тысячи километров в более теплые регионы. Есть также много мелких теплокровных птиц и млекопитающих, которые, как известно, впадают в спячку.

Потовые железы используются для снижения температуры тела; у приматов они присутствуют по всему телу, в то время как у кошек и собак железы встречаются только на ногах. Одышка — это еще один механизм для потери тепла.

Преимущества гомойотермии

Теплокровные животные, как правило, не впадают в зимнюю спячку, кроме нескольких исключений, и они могут быть активными в течение всего года, питаясь, перемещаясь и защищая себя от хищников.

Хотя теплокровные животные должны потреблять много пищи, чтобы оставаться активными, у них есть энергия и средства для доминирования во всех природных зонах, даже в холодной Антарктиде или высоких горных хребтах. Они также могут перемещаться быстрее и на большие расстояния, чем холоднокровные животные.

Недостатки гомойотермии

Так как температура тела у теплокровных животных остается стабильной, они являются идеальными хозяевами для жизни многих паразитов, таких как черви, или микроорганизмы, включая бактерии и вирусы, многие из которых могут вызвать смертельные заболевания.

Поскольку гомойотермные животные выделяют собственное тепло, важным фактором является соотношение массы к площади поверхности тела. Большая масса тела производит больше тепла, а большая поверхность тела используется для охлаждения летом или в более жаркой среде обитания, например, огромные уши у слонов. Поэтому теплокровные животные не могут быть такими маленькими, как холоднокровные насекомые.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

ЭСБЕ/Теплокровные животные

Теплокровные животные — животные с постоянной температурой (Homoiothermata, как их предложил назвать Бергман). К числу их относятся млекопитающие и птицы. Все остальные животные относятся к числу холоднокровных или, точнее, к числу животных с непостоянной температурой, изменяющейся в зависимости от температуры среды (Poikilothermata). У последних химические реакции, происходящие в теле и служащие источником тепла, настолько слабы, что едва покрывают естественную потерю тепла, и потому температура их тела лишь на несколько градусов или даже только на несколько десятых градуса превышает температуру окружающей среды. Так, морской еж при температуре среды в 8,6° имеет температуру крови 10,96°, а рыбка Trigla hirundo при 12° имеет температуру 12,75°. Впрочем, процесс окисления у насекомых идет энергично, и если их температура все-таки непостоянна, то это происходит вследствие малой величины их тела, при которой поверхность лучеиспускания является относительно громадной. В ульях пчел температура иногда превышала +40° Ц. Точно так же холоднокровные животные, насиживающие яйца, в это время имеют весьма повышенную температуру. Это наблюдалось на питонах, причем у них во время насиживания была обнаружена температура +41,5° при +22° в окружающей среде. У Т. животных температура вследствие сильной энергии окислительного процесса более или менее постоянна. У птиц она более +40° (иногда 43°), у млекопитающих в среднем 39,5°, у человека немного более 37°. Обезьяны имеют температуру — 38,1; собака 39,25; лисица 39,2; кролик 39,8; морская свинка 39,2; овца 39,05; бык 39,7; теленок 39,5; свинья 39,7; лошадь 39, пластинчатоклювые птицы 42,2; куриные и голубиные 42,5; у других 42. Впрочем, некоторые Т. представляют значительные колебания температуры. Так, низшее из млекопитающих — ехидна, по наблюдениям Семона, представляет колебания температуры в заднем проходе от 26,5 до 34,0, а в полости тела от 29,9 до 36,0; по наблюдениям Сутерланда — от 22 до 36,6. Затем, у всех животных, подверженных спячке (см.), во время сна температура чрезвычайно падает и подчиняется колебаниям температуры окружающей среды. Все холоднокровные зимой, естественно, цепенеют, a иногда, как амфибии, рыбы и многие беспозвоночные, обладают способностью замерзать и снова оттаивать без вреда для себя, тогда как животные Т. всегда обладают достаточным запасом химической энергии, чтобы противостоять действию среды, и к оцепенению не способны (см. Температурные границы жизни).

В. Шимкевич.

Гомойотермные животные

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *