Homoiothermische Organismen. Warmblüter. Poykilothermische Organismen

Die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten ist erstaunlichihre Skala. Neuere Studien von kanadischen Wissenschaftlern geben eine Zahl von 8,7 Millionen Arten von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen, die unseren Planeten bewohnen. Und beschrieben von ihnen nur etwa 20%, und das ist 1,5 Millionen uns Arten bekannt. Lebende Organismen bewohnten alle ökologischen Nischen auf dem Planeten. Innerhalb der Biosphäre gibt es keinen Ort, an dem es kein Leben geben würde. In den Schloten der Vulkane und auf dem Gipfel des Everest - überall finden wir das Leben in seinen verschiedenen Erscheinungsformen. Und zweifellos ist eine solche Vielfalt und Ausbreitung der Natur auf das Auftreten des Phänomens der Warmblütigkeit (homoiothermische Organismen) zurückzuführen.

Die Grenze des Lebens ist die Temperatur

Die Basis des Lebens ist der Stoffwechsel des Körpers,das hängt von der Geschwindigkeit und Art des Ablaufs chemischer Prozesse ab. Und diese chemischen Reaktionen sind nur in einem bestimmten Temperaturbereich mit ihren Indizes und Belichtungszeiten möglich. Bei einer größeren Anzahl von Organismen liegen die Grenztemperaturen der Umgebungstemperatur zwischen 0 und +50 Grad Celsius.

Aber das ist eine spekulative Schlussfolgerung. Es ist genauer zu sagen, dass die Temperaturgrenzen des Lebens solche sind, in denen die Denaturierung des Proteins nicht stattfindet, sowie irreversible Veränderungen der kolloidalen Eigenschaften des Zytoplasmas der Zellen, eine Verletzung der Aktivität der lebenswichtigen Enzyme. Und viele Organismen im Evolutionsprozess haben hochspezialisierte enzymatische Systeme erworben, die es ihnen erlaubten, weit über diese Grenzen hinaus zu leben.

Umweltklassifizierung

Die Grenzen der optimalen LebenstemperaturenBestimmen Sie die Aufteilung der Lebensformen auf dem Planeten in zwei Gruppen - Kryophile und Thermophile. Die erste Gruppe bevorzugt Kälte für das Leben und ist auf das Leben unter solchen Bedingungen spezialisiert. Mehr als 80% der Biosphäre des Planeten sind kalte Gebiete mit einer Durchschnittstemperatur von +5 ° C. Dies sind die Tiefen der Ozeane, die Wüsten der Arktis und Antarktis, die Zone der Tundra und des Hochlandes. Erhöhte Kältebeständigkeit bietet biochemische Anpassung.

Enzymatisches System von Kryophilen effektivreduziert die Aktivierungsenergie biologischer Moleküle und hält den Stoffwechsel in der Zelle bei einer Temperatur nahe 0 ° C aufrecht. Gleichzeitig gehen Anpassungen in zwei Richtungen - in Widerstand (Konfrontation) oder Toleranz (Widerstand) gegen Kälte. Ökologische Gruppe von Thermophilen sind Organismen, optimal für das Leben sind Bereiche hoher Temperaturen. Ihre vitale Aktivität wird auch durch die Spezialisierung biochemischer Anpassungen gewährleistet. Es ist erwähnenswert, dass mit der Komplexität der Organisation des Organismus seine Fähigkeit zur Thermophilie abnimmt.

Körpertemperatur

Das Gleichgewicht der Wärme in einem lebenden System ist eine Kombination vonseine Ankunft und Ausgaben. Von der Temperatur der Umgebung (exogene Wärme) hängt die Temperatur des Körpers von Organismen ab. Darüber hinaus ist die körpereigene Wärme - das Produkt des inneren Stoffwechsels (oxidative Prozesse und Spaltung von Adenosintriphosphat) - ein unverzichtbares Lebensmerkmal. Die Lebenstätigkeit der meisten Arten auf unserem Planeten hängt von der exogenen Wärme und der Temperatur ihrer Körper ab - im Verlauf der Umgebungstemperaturen. Diese poikilothermische Organismen (poikilos - verschiedene), in denen die Temperatur des Körpers variabel ist.

Poikilothermen - alle Mikroorganismen, Pilze,Pflanzen, Wirbellose und die meisten Chordaten. Und nur zwei Gruppen von Wirbeltieren - Vögel und Säugetiere - sind homöothermische Organismen (homoios - ähnlich). Sie halten unabhängig von der Umgebungstemperatur eine konstante Körpertemperatur aufrecht. Sie werden auch warmblütige Tiere genannt. Ihr Hauptunterschied ist das Vorhandensein eines starken internen Wärmestroms und eines Systems thermoregulatorischer Mechanismen. Als Konsequenz werden bei homöothermischen Organismen alle physiologischen Prozesse bei optimalen und konstanten Temperaturen durchgeführt.

Wahr und falsch

Einige poikilothermische Organismen, wie Fischeund Stachelhäuter, haben auch eine konstante Körpertemperatur. Sie leben unter Bedingungen konstanter Außentemperaturen (Meerestiefen oder Höhlen), in denen sich die Umgebungstemperatur nicht ändert. Sie werden fälschlicherweise als homöothermische Organismen bezeichnet. Viele Tiere, die durch das Phänomen des Winterschlafs oder temporären Stupors gekennzeichnet sind, haben eine sich verändernde Körpertemperatur. Diese wirklich homöothermischen Organismen (Beispiele: Murmeltiere, Fledermäuse, Igel, Mauersegler und andere) heißen heterothermisch.

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Das Auftreten von Homöothermie bei Lebewesen ist sehrenergieverbrauchender evolutionärer Erwerb. Nach wie vor streiten die Wissenschaftler über die Entstehung dieser fortschreitenden Strukturveränderung, die zu einer Zunahme des Organisationsgrads geführt hat. Viele Theorien zur Entstehung von Warmblütern wurden vorgeschlagen. Einige Forscher geben zu, dass dieses Feature sogar Dinosaurier haben könnte. Bei allen Unstimmigkeiten der Wissenschaftler ist eines jedoch sicher: Das Auftreten von homoiothermalen Organismen ist ein bioenergetisches Phänomen. Und die Komplikation der Lebensformen ist mit der funktionalen Perfektion der Wärmeübertragungsmechanismen verbunden.

Temperaturkompensation

Möglichkeit einiger poikilothermischer Organismenein konstantes Niveau des Austauschprozesses über einen weiten Bereich von Körpertemperaturänderungen aufrechterhalten durch die biochemischen Anpassungen Temperaturkompensation vorgesehen genannt. Es basiert auf der Fähigkeit einiger Enzyme bei einer niedrigeren Temperatur rekonfigurieren und die Affinität zu dem Substrat verbessern, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel clam Barentssee Muscheln Sauerstoffverbrauch hängt nicht von der Umgebungstemperatur, die im Bereich von 25 ° C (+5 bis +30 ° C) variiert.

Zwischenformen

Biologische Evolutionisten haben die gleichen Vertreter gefundenÜbergangsformen von Poikilothermen zur Warmblütigkeit von Säugetieren. Kanadische Biologen der Universität Brock entdeckten saisonbedingte Warmblütigkeit in der argentinischen Schwarz-Weiß-Markierung (Alvator merianae). Diese fast meterlange Eidechse lebt in Südamerika. Wie die meisten Reptilien wird das Etikett tagsüber in der Sonne erhitzt, und nachts versteckt es sich in Löchern und Höhlen, wo es abkühlt. Aber während der Brutzeit von September bis Oktober steigen das Temperaturkennzeichen, die Atemfrequenz und der Rhythmus des Herzschlags in den Morgenstunden dramatisch an. Die Temperatur des Eidechsenkörpers kann die Temperatur in der Höhle um zehn Grad übersteigen. Dies beweist die Transitivität von Formen von Kaltblütigkeit bis zu homöothermischen Tieren.

Mechanismen der Thermoregulation

Homoiothermische Organismen arbeiten immer weiterSicherstellung des Betriebs der Hauptsysteme - Blut, Atemwege, Ausscheidungsorgane - durch Erzeugung einer minimalen Wärmeproduktion. Dieses in Ruhe produzierte Minimum wird als Grundumsatz bezeichnet. Der Übergang in einen aktiven Zustand bei warmblütigen Tieren erhöht die Wärmeproduktion, und um Denaturierung von Proteinen zu verhindern, benötigen sie Mechanismen zur Erhöhung der Wärmeübertragung.

Der Prozess, ein Gleichgewicht zwischen diesen Prozessen zu erreichenwird durch chemische und physikalische Thermoregulation bereitgestellt. Diese Mechanismen schützen homoiothermische Organismen vor niedrigen Temperaturen und Überhitzung. Die Mechanismen zur Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur (chemische und physikalische Thermoregulation) haben unterschiedliche Quellen und sind sehr unterschiedlich.

Chemische Thermoregulation

In Reaktion auf eine Abnahme der Temperatur des Mediums, yWarmblütig gibt es eine reflexartige Steigerung der Produktion von körpereigener Wärme. Dies wird erreicht, indem oxidative Prozesse verstärkt werden, insbesondere im Muskelgewebe. Unkoordinierte Muskelkontraktion (Zittern) und Thermoregulationston sind die ersten Stufen zunehmender Wärmeproduktion. Gleichzeitig steigt der Fettstoffwechsel und das Fettgewebe wird zum Schlüssel für eine bessere Thermoregulation. In Säugetieren hat das kalte Klima sogar braunes Fett, die ganze Hitze von der Oxidation, die zur Erwärmung des Körpers führt. Dieser Energieverbrauch erfordert ein Tier oder den Verzehr einer großen Menge an Nahrung oder wesentlicher Fettreserven. Bei einer Verknappung dieser Ressourcen hat die chemische Thermoregulation ihre Grenzen.

Mechanismen der physikalischen Thermoregulation

Diese Art der Wärmeregulierung erfordert keine zusätzlichendie Kosten der Wärmeerzeugung, sondern wird durch die Aufrechterhaltung der endogenen Wärme durchgeführt. Es erfolgt durch Verdunstung (Schwitzen), Strahlung (Strahlung), Wärmeleitung (Wärmeleitung) und Konvektion der Haut. Die Methoden der physikalischen Thermoregulation entwickelten sich im Laufe der Evolution und werden immer perfekter bei der Untersuchung phylogenetischer Reihen von Insektenfressern und Fledermäusen zu Säugetieren.

Beispiele für solche Regulierung sind die Verengung oderAusdehnung der Blutkapillaren der Haut, die die Wärmeleitfähigkeit, die wärmeisolierenden Eigenschaften von Fell und Federn, Gegenstrom-Blutaustausch zwischen den Oberflächengefäßen und Gefäßen der inneren Organe verändert. Die Wärmeabgabe wird durch die Neigung der Haare des Fells und der Federn reguliert, zwischen denen eine Luftschicht verbleibt.

In Meeressäugetieren, subkutanes Fettim ganzen Körper verteilt, schützt das Endoteplo. Zum Beispiel erreicht bei solchen Robben ein solcher Fettbeutel bis zu 50% des Gesamtgewichtes. Deshalb schmilzt der Schnee nicht unter den Robben, die auf dem Eis auf dem Eis liegen. Für Tiere, die in heißen Klimazonen leben, wäre eine gleichmäßige Verteilung der Fettschicht über die gesamte Körperoberfläche fatal. Daher sammelt sich ihr Fett nur in bestimmten Bereichen des Körpers an (der Kamelschwamm, der Kurdyuk bei den Schafen), was die Verdunstung von der gesamten Körperoberfläche nicht verhindert. Darüber hinaus gibt es bei Tieren im nördlichen kalten Klima ein spezielles Fettgewebe (braunes Fett), das zur Erwärmung des Körpers verwendet wird.

Näher im Süden - mehr Ohren und längere Beine

Verschiedene Teile des Körpers sind bei weitem nicht gleichWärmeaustauschposition. Um den Wärmeaustausch aufrechtzuerhalten, ist das Verhältnis der Körperoberfläche und seines Volumens wichtig, da die Menge an innerer Wärme von der Körpermasse abhängt und der Wärmeaustausch durch die Hüllen hindurchgeht. Die hervorstehenden Teile des Körpers haben eine große Oberfläche, was gut für ein heißes Klima ist, wo warmblütige Tiere eine große Wärmeabgabe benötigen. Zum Beispiel sind große Ohren mit einer Vielzahl von Blutgefäßen, langen Gliedmaßen und einem Schwanz typisch für Bewohner eines heißen Klimas (Elefant, Pfifferlinge, afrikanische Langohr-Jerkboa). Bei kaltem Wetter folgt die Anpassung dem Weg der Flächeneinsparung (Ohren und Schwanz der Robben).

Es gibt noch ein Gesetz für WarmblüterTiere - je nördlicher die Vertreter einer phylogenetischen Gruppe leben, desto größer sind sie. Und dies hängt auch mit dem Verhältnis des Volumens der Verdampfungsoberfläche und dementsprechend des Wärmeverlustes und der Masse des Tieres zusammen.

Ethologie und Wärmeaustausch

Verhaltensmerkmale spielen aucheine wichtige Rolle in den Prozessen des Wärmeaustausches, sowohl für poikilothermic und homeothermic Tiere. Dazu gehören Veränderungen in der Haltung und der Bau von Unterkünften und verschiedene Migrationen. Je größer die Tiefe des Lochs ist, desto gleichmäßiger ist der Temperaturtrend. Für mittlere Breiten in einer Tiefe von 1,5 Metern sind saisonale Temperaturschwankungen unsichtbar.

Für die Thermoregulation eine GruppeVerhalten. So werden die Pinguine aneinander geklammert und klammern sich fest aneinander. Im Inneren des Haufens liegt die Temperatur in der Nähe der Körpertemperatur der Pinguine (+37 ° C), selbst in den strengsten Frösten. Kamele machen das gleiche - in der Mitte der Gruppe liegt die Temperatur bei +39 ° C und die Wolle extremer Tiere kann bis +70 ° C erhitzt werden.

Der Ruhezustand ist eine besondere Strategie

Torpid Zustand (Stupor) oder Winterschlaf -spezielle Strategien für warmblütige Tiere, die die Verwendung von Änderungen der Körpertemperatur für adaptive Zwecke ermöglichen. In diesem Zustand hören die Tiere auf, die Körpertemperatur zu halten und sie auf fast Null zu reduzieren. Der Winterschlaf ist gekennzeichnet durch einen Rückgang des Metabolismus und des Verbrauchs der angesammelten Ressourcen. Es ist gut physiologischen Zustand gesteuert, wenn Wärmeregulationsmechanismen auf einen niedrigeren Pegel geschaltet werden, - die Herzfrequenz abnimmt (z.B. y-Sony polchka 450-35 Schläge pro Minute), wird der Sauerstoffverbrauch auf 20-100 mal reduziert.

Erwachen erfordert Energieaufwand und tritt aufdurch Selbsterwärmung, die nicht mit der Taubheit von kaltblütigen Tieren verwechselt werden sollte, wo sie durch eine Abnahme der Temperatur der Umgebung verursacht wird und nicht durch den Körper selbst reguliert wird (Erwachen tritt unter dem Einfluss äußerer Faktoren auf).

Stupor ist auch ein regulierter Zustand, aberwährend die Temperatur des Körpers nur ein paar Grad fällt und oft tägliche Rhythmen begleitet. Zum Beispiel werden Kolibris nachts taub, wenn ihre Körpertemperatur von 40 ° C auf 18 ° C fällt. Es gibt viele Übergänge zwischen Taubheit und Winterschlaf. Obwohl wir den Schlaf von Bären nennen, die im Winter Winterschlaf halten, nimmt ihr Stoffwechsel leicht ab und ihre Körpertemperatur sinkt nur um 3-6 ° C. In diesem Zustand züchtet der Bär Bärenjunge.

Warum in der aquatischen Umwelt gibt es wenige homöothermische Organismen

Unter Hydrobionten (Organismen, die in Wasser lebenMedium), wenige Vertreter warmblütiger Tiere. Wale, Delfine, Pelzrobben sind Sekundärwassertiere, die vom Land in die Gewässer zurückkehrten. Die Wärme des Blutes ist in erster Linie mit einer Zunahme von Stoffwechselprozessen verbunden, auf deren Grundlage die Oxidationsreaktion beruht. Und die Hauptrolle spielt Sauerstoff. Und, wie bekannt ist, beträgt der Sauerstoffgehalt in einem wässrigen Medium nicht mehr als 1% des Volumens. Die Diffusion von Sauerstoff in Wasser ist tausende Male weniger als in der Luft, wodurch es noch weniger zugänglich ist. Bei steigender Temperatur und anreicherndem Wasser mit organischen Verbindungen sinkt zudem der Sauerstoffgehalt. All dies macht die Existenz einer großen Anzahl von Warmblütern in der aquatischen Umwelt unwirtschaftlich.

Vorteile und Nachteile

Der Hauptvorteil von Warmblütern vorkaltblütig - ist die Bereitschaft, unabhängig von der Temperatur der Umwelt zu handeln. Dies ist eine Gelegenheit, den nächtlichen Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt und der Entwicklung der nördlichen Territorien des Landes zu widerstehen.

Der größte Nachteil der Warmblütigkeit ist der großeEnergieverbrauch zur Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur. Und die Hauptquelle dafür ist Essen. Ein warmblütiger Löwe braucht zehnmal mehr als ein kaltblütiges Krokodil gleichen Gewichts.