Mangfoldigheden af liv på vores planet er slående i dens omfang. Nylige undersøgelser fra canadiske forskere giver et tal på 8,7 millioner arter af dyr, planter, svampe og mikroorganismer, der bebor vores planet. Desuden er kun omkring 20% af dem beskrevet, og det er 1,5 millioner arter, vi kender. Levende organismer har befolket alle økologiske nicher på planeten. Der er intet sted i biosfæren, hvor der ikke ville være liv. I vulkanernes udluftninger og på toppen af Everest – over alt finder vi liv i dets forskellige udfoldelser. Og utvivlsomt skylder naturen en sådan mangfoldighed og fordeling til fremkomsten i udviklingsprocessen af fænomenet varmblodighed (homeotermiske organismer).
Grænsen for livet er temperatur
Livsgrundlaget er kroppens stofskifte, som afhænger af hastigheden og karakteren af kemiske processer. MENdisse kemiske reaktioner er kun mulige i et bestemt temperaturområde med deres egne indikatorer og eksponeringsvarighed. For et større antal organismer anses grænseindikatorerne for miljøets temperaturregime for at være fra 0 til +50 grader Celsius.
Men dette er en spekulativ konklusion. Det ville være mere præcist at sige, at livstemperaturgrænserne vil være dem, hvor der ikke er nogen denaturering af proteiner, såvel som irreversible ændringer i de kolloide egenskaber af cellernes cytoplasma, en krænkelse af aktiviteten af vitale enzymer. Og mange organismer har udviklet højt specialiserede enzymsystemer, der har givet dem mulighed for at leve under forhold langt ud over disse grænser.
Miljøklassificering
Grænserne for optimale livstemperaturer bestemmer opdelingen af livsformer på planeten i to grupper - kryofiler og termofile. Den første gruppe foretrækker kulde for livet og er specialiseret til liv under sådanne forhold. Mere end 80 % af planetens biosfære er kolde områder med en gennemsnitstemperatur på +5 °C. Disse er oceanernes dybder, ørkenerne i Arktis og Antarktis, tundraen og højlandet. Øget kuldebestandighed opnås af biokemiske tilpasninger.
Det enzymatiske system af kryofile sænker effektivt aktiveringsenergien af biologiske molekyler og opretholder metabolismen i cellen ved en temperatur tæt på 0 °C. Samtidig går tilpasninger i to retninger - i erhvervelsen af modstand (modstand) eller tolerance (modstand) mod kulde. Den økologiske gruppe af termofile er organismer, der er optimale forhvis liv er områder med høje temperaturer. Deres livsaktivitet leveres også af specialiseringen af biokemiske tilpasninger. Det er værd at nævne, at med komplikationen af organiseringen af kroppen falder dens evne til termofili.
Kropstemperatur
Balancen mellem varme i et levende system er helheden af dets ind- og udstrømning. Organismens kropstemperatur afhænger af den omgivende temperatur (eksogen varme). Derudover er en obligatorisk livsegenskab endogen varme - et produkt af intern metabolisme (oxidative processer og nedbrydning af adenosintriphosphorsyre). Den vitale aktivitet af de fleste arter på vores planet afhænger af eksogen varme, og deres kropstemperatur afhænger af forløbet af omgivende temperaturer. Disse er poikilotermiske organismer (poikilos - forskellige), hvor kropstemperaturen er variabel.
Poikilotermer er alle mikroorganismer, svampe, planter, hvirvelløse dyr og de fleste kordater. Og kun to grupper af hvirveldyr - fugle og pattedyr - er homoioterme organismer (homoios - lignende). De opretholder en konstant kropstemperatur, uanset den omgivende temperatur. De kaldes også varmblodede dyr. Deres største forskel er tilstedeværelsen af en kraftig strøm af intern varme og et system af termoreguleringsmekanismer. Som et resultat heraf udføres alle fysiologiske processer i homoioterme organismer ved optimale og konstante temperaturer.
Sandt og falsk
Nogle poikilotermerorganismer som fisk og pighuder har også en konstant kropstemperatur. De lever under forhold med konstante ydre temperaturer (havets eller hulernes dybder), hvor den omgivende temperatur ikke ændres. De kaldes falsk homoiotermiske organismer. Mange dyr, der oplever dvale eller midlertidig torpor, har svingende kropstemperaturer. Disse virkelig homoiotermiske organismer (eksempler: murmeldyr, flagermus, pindsvin, hashviler og andre) kaldes heterotermiske.
Kære aromorfose
Forekomsten af homoiotermi hos levende væsener er en meget energikrævende evolutionær tilegnelse. Forskere skændes stadig om oprindelsen af denne progressive ændring i strukturen, som førte til en stigning i organisationsniveauet. Mange teorier er blevet foreslået for oprindelsen af varmblodede organismer. Nogle forskere indrømmer, at selv dinosaurer kunne have denne funktion. Men med alle videnskabsmænds uenighed er én ting sikkert: udseendet af homoiotermiske organismer er et bioenergetisk fænomen. Og komplikationen af livsformer er forbundet med den funktionelle forbedring af varmeoverførselsmekanismer.
Temperaturkompensation
Nogle poikilotermiske organismers evne til at opretholde et konstant niveau af metaboliske processer i en lang række ændringer i kropstemperaturen tilvejebringes af biokemiske tilpasninger og kaldes temperaturkompensation. Det er baseret på nogle enzymers evne til at ændre deres konfiguration med faldende temperatur og øge deres affinitet med substratet, hvilket øger reaktionshastigheden. For eksempel i toskallede muslingerI Barentshavet afhænger iltforbruget ikke af omgivelsestemperaturerne, som spænder fra 25 °C (+5 til +30 °C).
Mellemformularer
Evolutionsbiologer har fundet de samme repræsentanter for overgangsformer fra poikilotermiske til varmblodede pattedyr. Canadiske biologer fra Brock University har opdaget årstidsbestemt varmblod i den argentinske sort-hvide tegu (Alvator merianae). Denne næsten meter firben lever i Sydamerika. Som de fleste krybdyr, soler teguen sig i solen om dagen og gemmer sig i huler og huler om natten, hvor den afkøles. Men i ynglesæsonen fra september til oktober stiger teguens temperatur, åndedrætsfrekvensen og rytmen af hjertesammentrækninger om morgenen kraftigt. Kropstemperaturen for et firben kan overstige temperaturen i en hule med ti grader. Dette beviser overgangen af former fra koldblodede dyr til homoioterme dyr.
Mekanismer for termoregulering
Homoiotermiske organismer arbejder altid for at sikre driften af hovedsystemerne - kredsløb, åndedræt, udskillelse - ved at generere et minimum af varmeproduktion. Dette minimum produceret i hvile kaldes basal metabolisme. Overgangen til den aktive tilstand hos varmblodede dyr øger varmeproduktionen, og de har brug for mekanismer til at øge varmeoverførslen for at forhindre proteindenaturering.
Processen med at opnå en balance mellem disse processer leveres af kemisk og fysisk termoregulering. Disse mekanismer giver beskyttelse af homoiotermiske organismer mod lave temperaturer ogoverophedning. Mekanismerne til at opretholde en konstant kropstemperatur (kemisk og fysisk termoregulering) har forskellige kilder og er meget forskellige.
Kemisk termoregulering
Som reaktion på et fald i miljøtemperaturen øger varmblodede dyr refleksivt produktionen af endogen varme. Dette opnås ved at øge oxidative processer, især i muskelvæv. Ukoordineret muskelsammentrækning (skælven) og termoregulatorisk tonus er de første stadier af øget varmeproduktion. Samtidig øges lipidmetabolismen, og fedtvæv bliver nøglen til bedre termoregulering. Pattedyr i et koldt klima har endda brunt fedt, hvor al varmen fra oxidationen går til at opvarme kroppen. Dette energiforbrug kræver, at dyret enten indtager en stor mængde mad eller har betydelige fedtreserver. Med mangel på disse ressourcer har kemisk termoregulering sine begrænsninger.
Mekanismer for fysisk termoregulering
Denne type termoregulering kræver ikke ekstra omkostninger til varmeproduktion, men udføres ved at bevare endogen varme. Det udføres ved fordampning (sved), stråling (stråling), varmeledning (ledning) og konvektion af huden. Metoder til fysisk termoregulering har udviklet sig i løbet af evolutionen og bliver mere og mere perfekte, når man studerer den fylogenetiske serie fra insektædere og flagermus til pattedyr.
Et eksempel på en sådan regulering er forsnævring eller udvidelse af hudens blodkapillærer, som ændrer sigtermisk ledningsevne, varmeisolerende egenskaber af pels og fjer, modstrøms varmeudveksling af blod mellem overfladiske kar og kar i indre organer. Varmeafgivelsen reguleres af hældningen af pelshår og fjer, mellem hvilke der opretholdes en luftsp alte.
Hos havpattedyr fordeles subkutant fedt i hele kroppen, hvilket beskytter endo-varmen. For eksempel i sæler når en sådan fedtpose op til 50% af den samlede vægt. Derfor smelter sneen ikke under sælerne, der ligger på isen i timevis. For dyr, der lever i varmt klima, ville en jævn fordeling af kropsfedt over hele kroppens overflade være dødelig. Derfor ophobes deres fedt kun i visse dele af kroppen (pukkelen af en kamel, den fede hale af et får), hvilket ikke forhindrer fordampning fra hele kroppens overflade. Derudover har dyr i det nordlige kolde klima et særligt fedtvæv (brunt fedt), som fuldstændigt bruges til kropsopvarmning.
Mere sydpå - større ører og længere ben
Forskellige dele af kroppen er langt fra ligeværdige med hensyn til varmeoverførsel. For at opretholde varmeoverførslen er forholdet mellem kropsoverfladen og dets volumen vigtigt, fordi volumenet af indre varme afhænger af kroppens masse, og varmeoverførsel sker gennem integumenterne. De fremspringende dele af kroppen har en stor overflade, hvilket er godt for varmt klima, hvor varmblodede dyr har brug for meget varmeoverførsel. For eksempel er store ører med mange blodkar, lange lemmer og en hale typiske for beboere i et varmt klima (elefant, fennec ræv, afrikansklangøret jerboa). Under kolde forhold følger tilpasning vejen for at spare areal til volumen (ører og hale på sæler).
Der er en anden lov for varmblodede dyr - jo længere nordpå repræsentanter for en fylogenetisk gruppe bor, jo større er de. Og dette hænger også sammen med forholdet mellem fordampningsoverfladens volumen og dermed varmetabet og dyrets masse.
Etologi og varmeoverførsel
Adfærdsegenskaber spiller også en vigtig rolle i varmeoverførselsprocesser, både for poikilotermiske og homøotermiske dyr. Dette omfatter ændringer i kropsholdning og konstruktion af shelters og forskellige migrationer. Jo større hullet er, jo jævnere er temperaturforløbet. For mellembreddegrader, i en dybde på 1,5 meter, er sæsonbestemte temperaturudsving umærkelige.
Gruppeadfærd bruges også til termoregulering. Så pingvinerne klemmer sig sammen og klamrer sig tæt til hinanden. Inde i dyngen er temperaturen tæt på kropstemperaturen for pingviner (+37 ° C) selv i de mest alvorlige frost. Kameler gør det samme - i midten af gruppen er temperaturen omkring +39 °C, og pelsen på de yderste dyr kan varmes op til +70 °C.
Dvaletilstand er en særlig strategi
Torpid tilstand (stupor) eller dvale er specielle strategier for varmblodede dyr, der tillader brug af ændringer i kropstemperaturen til adaptive formål. I denne tilstand holder dyrene op med at opretholde kropstemperaturen og reducerer den til næsten nul. Dvale er karakteriseret ved et fald i stofskiftet ogforbrug af akkumulerede ressourcer. Dette er en velreguleret fysiologisk tilstand, når termoregulatoriske mekanismer skifter til et lavere niveau - hjertefrekvensen falder (for eksempel i en sovemus fra 450 til 35 slag i minuttet), iltforbruget falder med 20-100 gange.
Opvågning kræver energi og sker ved selvopvarmning, hvilket ikke må forveksles med koldblodede dyrs døsighed, hvor det er forårsaget af et fald i omgivelsestemperaturen og er en tilstand ureguleret af kroppen selv (opvågning). sker under påvirkning af eksterne faktorer).
Stupor er også en reguleret tilstand, men kropstemperaturen falder kun med et par grader og ledsager ofte døgnrytmer. For eksempel bliver kolibrier følelsesløse om natten, når deres kropstemperatur falder fra 40°C til 18°C. Der er mange overgange mellem torpor og dvale. Så selvom vi kalder bjørnes søvn i vinterdvale, falder deres stofskifte faktisk lidt, og deres kropstemperatur falder kun med 3-6 ° C. Det er i denne tilstand, at bjørnen føder unger.
Hvorfor er der få homoioterme organismer i vandmiljøet
Blandt hydrobionter (organismer, der lever i vandmiljøet) er der få repræsentanter for varmblodede dyr. Hvaler, delfiner, pelssæler er sekundære vanddyr, der er vendt tilbage til vandmiljøet fra land. Varmblodighed er primært forbundet med en stigning i metaboliske processer, hvis grundlag er oxidationsreaktioner. Og her spiller ilt en stor rolle. Og som bekendt ii vandmiljøet er iltindholdet ikke højere end 1 volumenprocent. Diffusionen af ilt i vand er tusindvis af gange mindre end i luft, hvilket gør den endnu mindre tilgængelig. Derudover falder iltindholdet med en stigning i temperatur og berigelse af vand med organiske forbindelser. Alt dette gør eksistensen af et stort antal varmblodede organismer i vandmiljøet energimæssigt ugunstigt.
Fordele og ulemper
Den største fordel ved varmblodede dyr i forhold til koldblodede dyr er deres vilje til at handle uanset den omgivende temperatur. Dette er en mulighed for at modstå nattemperaturer tæt på frysepunktet og udviklingen af landets nordlige territorier.
Den største ulempe ved varmblodighed er det høje energiforbrug for at opretholde en konstant kropstemperatur. Og hovedkilden til dette er mad. En varmblodet løve har brug for ti gange mere mad end en koldblodig krokodille af samme vægt.
