ЭКТОТЕРМИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эти эктотермные животные являются животными, температура тела , и в основном зависят непосредственно от температуры окружающей среды. Это означает, что температура вашего тела мала или совсем не связана с метаболизмом. Следовательно, чтобы поддерживать свою температуру в физиологически приемлемом диапазоне, они должны получать или рассеивать тепло из окружающей среды.

Противоположным условием экзотермичности является эндотермичность. Все птицы и млекопитающие относятся к эндотермным. Все водные амфибии и беспозвоночные, а также подавляющее большинство рептилий (за исключением птиц), а также наземные рыбы и беспозвоночные относятся к категории эктотерм.

Источник: Грэм Уайз из Брисбена, Австралия.

Все растения также могут считаться эктотермными, хотя это определение чуждо ботанике. С термической точки зрения растения называются макротермами, если они живут в теплой среде (> 18 ° C каждый месяц), мезотермами, если они живут в умеренных климатических условиях (> 22 ° C, самый теплый месяц; 6–18 ° C, самый холодный месяц). ) или микротерм, если они живут в холодных условиях.

Определения

Эндотермы - это животные, температура тела которых регулируется изнутри их метаболизмом, а не внешне окружающей средой. В общем, эндотермы являются гомеотермическими, то есть у них относительно постоянная температура тела, в отличие от пойкилотермов, у которых температура тела сильно варьируется.

Эктотермы также часто называют пойкилотермами (от греч. Poikilos, изменение; термос, тепло). В одном случае подчеркивается температурная зависимость среды. В другом - непостоянство температуры тела. Первый член предпочтительнее, потому что эктотермы могут быть гомеотермами, если температура среды постоянна.

Эндотерм и эктотерм также часто называют теплокровными и хладнокровными животными соответственно. Это использование не рекомендуется, потому что существуют эктотермы, которые поддерживают температуру тела на уровне многих эндотермов. Этих животных нельзя назвать хладнокровными.

Гетеротермы - это эктотермы, которые частично являются гомеотермами. Во время активности они могут выделять метаболическое тепло, чтобы поддерживать постоянную температуру хотя бы части вашего тела. Однако в периоды бездействия они понижают температуру своего тела в зависимости от температуры окружающей среды, как и другие эктотермы.

Региональные гетеротермы - это эндотермы, температура тела которых существенно варьируется между частями тела.

характеристики

Эндотермические условия делают животных независимыми от температуры окружающей среды, позволяя им находиться в холодных земных условиях, оставаться постоянно активными, чтобы использовать возможности кормления и воспроизводства, а также спасаться от хищников.

В приполярных районах нет пресмыкающихся, а амфибии и насекомые не очень разнообразны и многочисленны. В этих регионах выгодно и даже необходимо быть эндотермическими.

Однако эндотермы требуют очень больших затрат энергии на регулирование своей температуры. Если не вкладывать эти средства, потребности в пище у эктотермов в 17 раз ниже, чем у эндотермов с аналогичной массой тела.

По этой причине рептилии (за исключением птиц), земноводные и рыбы могут использовать экологические ниши, предназначенные для организмов с низким энергопотреблением, недоступные для птиц и млекопитающих.

Как только они смогут достаточно согреть свое тело с помощью внешних источников тепла, эктотермы могут развить такие же уровни активности, как у птиц и млекопитающих.

Низкий энергетический бюджет эктотермов позволяет им: 1) специализироваться на дефицитных продуктах питания, увеличивая их разнообразие; 2) быть успешным в окружающей среде, такой как пустыня, в которой не хватает пищи для большинства эндотерм; 3) обладают высокой репродуктивной эффективностью по отношению к потреблению пищи.

Как они регулируют свою температуру?

Эктотермы повышают температуру своего тела, подвергаясь воздействию прямого солнечного света (гелиотермия) или контактируя с субстратами (например, камнями), нагретыми солнцем. Они понижают температуру своего тела, укрываясь в тени или контактируя с относительно холодными субстратами.

Их телам не хватает теплоизоляции (например, перья, мех), что способствует теплообмену с окружающей средой.

Среди стратегий, которые они могут использовать для регулирования нагрева, производимого солнечным светом, являются: 1) прямая ориентация (перпендикулярная, параллельная, наклонная) тела по отношению к солнечным лучам; 2) сделать кожу темнее или светлее за счет действия хроматофоров. Обе стратегии особенно распространены у рептилий.

Эктотермные рыбы не могут загорать, чтобы согреться, но они могут регулировать температуру своего тела, выбирая массы или слои воды с определенной температурой. Это часто позволяет им поддерживать постоянную температуру тела (гомеотермия) в течение длительного времени.

Ectotherms также могут регулировать свою температуру с помощью сосудистых регуляторов (изменяя периферическое кровообращение), подвергая внутреннюю поверхность рта воздействию воздуха или теряя воду из-за испарения (терпя некоторое обезвоживание). Пинеальные органы эктотермов действуют как световые дозиметры для терморегуляции.

Сопротивление холоду

Циркумполярные и альпийские эктотермы сталкиваются, соответственно, с температурами окружающей среды ниже нуля зимой или ночью.

Чтобы выжить в условиях сильного холода, эти животные используют две стратегии: 1) избегать замораживания своих внеклеточных жидкостей организма, поддерживая указанные жидкости в жидком состоянии при температурах до -58 ° C (что известно как переохлаждение); 2) допускают замерзание (до -3 ° C) этих жидкостей.

В первой стратегии, наблюдаемой у рыб и насекомых, плазма крови не замерзает, потому что она содержит растворенные антифризы (сахара, такие как фруктоза; производные сахаров, такие как глицерин; гликопротеины).

Во второй стратегии, наблюдаемой у земноводных, плазма крови замораживается, но гибель клеток не происходит, поскольку они содержат растворенные вещества антифриза (низкомолекулярные соединения, глицерин). Хотя происходит замораживание внеклеточных жидкостей, внутриклеточные жидкости не замораживаются. Если есть, они умирают.

Эктотермные морские хищники (акулы и другие рыбы) редки в высоких широтах, где их заменяют эндотермические морские хищники (морские млекопитающие, пингвины, птицы). В холодных водах экзотермические хищники не могут сравниться с уровнем активности эндотермических хищников.

Heterotherms

В основном это животные с экзотермическими свойствами, которые являются гетеротермическими, то есть у них проявляется определенная степень эндотермии, временная или региональная.

Некоторые арктические насекомые на земле проявляют строгий эктотерм. Однако, чтобы взлететь, эти насекомые должны предварительно разогреть мышцы, которые двигают крыльями, чего они достигают, постоянно двигая ими. Во время полета эти насекомые являются эффективными эндотермами. Им даже нужно отводить тепло, чтобы они не перегревались.

Когда они свертываются вокруг своих яиц, высиживая их, самки индийских змей питонов повышают температуру своего тела, дрожа. Таким образом они нагревают яйца, способствуя развитию эмбрионов и ускоряя вылупление.

Акулы семейства Lamnidae, рыба-меч или тунцы - региональные гетеротермы. Передача тепла, производимого мускулатурой через противоточные механизмы крови, позволяет им повышать температуру мозга, внутренних органов и других мышц. Это улучшает их способность к аэробному плаванию и делает их более эффективными хищниками.

Примеры экзотермических животных

Позвоночные

Крокодилы, такие как Crocodylus porosus, являются крупнейшими наземными эктотермами. Оптимальная температура тела 30-33 ºC, они, как и другие рептилии, постоянно перемещаются между солнечными и тенистыми местами. Особая стратегия крокодилов по снижению температуры тела - держать рот широко открытым в течение нескольких часов.

Европейская гадюка Viper berus - ядовитая змея, распространение которой достигает Полярного круга. Чтобы обеспечить инкубацию яиц при низких температурах, эта змея живородящая. Летом, чтобы поддерживать адекватную температуру тела для хищников и размножения, эти змеи подвергаются как можно большему воздействию солнечного света.

На Аляске земноводная Rana sylvatica выдерживает температуры до -16 ° C. Это связано с высокой концентрацией антифризов в крови зимой. Эти вещества включают глюкозу и мочевину. Чтобы уменьшить обледенение, эта лягушка также обезвоживает зимой.

Арктические рыбы семейства Gadidae и антарктические рыбы Nototheniidae независимо друг от друга выработали практически идентичные криозащитные вещества (гликопротеины). Это замечательный случай адаптивной конвергенции к сходным климатическим условиям.

беспозвоночные

Медоносная пчела (Apis mellifera) и другие социальные насекомые содержатся в домашних условиях в своих гнездах. С этой целью: 1) они размещаются в местах с благоприятными температурными условиями и имеют структуру, способствующую пассивному нагреву и охлаждению; 2) они машут крыльями согласованно, чтобы нагреть их посредством мышечного термогенеза или охладить их посредством циркуляции воздуха и испарения.

Комары (Aedes, Anopheles) - это эктотермы, приспособленные к жаркому климату. Они смертельны, потому что переносят такие болезни, как малярия, желтая лихорадка, чикунгунья, денге и Зика. В связи с изменением климата к 2050 году они будут расширять свое распространение в зонах умеренного климата, подвергая 50% людей этим заболеваниям.

На Аляске жук Cucujus clavipes благодаря антифризу, содержащемуся в его гемолимфе, устойчив к зимним температурам до -58 ° C. В лаборатории было установлено, что этот жук выдерживает температуры ниже -150 ºC, которых нет на Земле.

При таких температурах жидкости организма этого насекомого достигают состояния стеклования.

В своей взрослой форме ленточные черви, такие как Taenia solium (говяжий цепень) и Taeniarhynchus saginatus (свинейный цепень), являются кишечными паразитами, которые, не имея пищеварительной системы, полностью зависят от питания человека-хозяина.

Внутри кишечника эти ленточные черви поддерживают постоянную температуру (37 ºC), для которой они являются домашними животными.

Ссылки

1. Андерссон, С. 2003. Зимняя спячка, среда обитания и сезонная активность у гадюки, Vipera berus, к северу от полярного круга в Швеции. Амфибия-Рептилии, 24, 449–457.
2. Barrows, EM 2000. Настольный справочник по поведению животных: словарь поведения, экологии и эволюции животных. CRC Press, Бока-Ратон.
3. Бришу, Ф., Бонне, X., Кук, Т.Р., Шайн, Р., 2008. Аллометрия водолазных способностей: эктотермия vs. эндотермия. Журнал эволюционной биологии, 21, 324–329.
4. Костанцо, Дж. П., Ли, Р. Э., мл. 2013. Избежание и терпимость замораживания у эктотермных позвоночных. Журнал экспериментальной биологии, 216, 1961–1967.
5. Дэвид К. Кэрнс, Д. К., Гастон, А. Дж., Хюттманн, Ф. 2008. Эндотермия, эктотермия и глобальная структура сообществ морских позвоночных. Серия «Прогресс морской экологии», 356, 239–250.
6. Диксон, К.А., Грэм, Дж. Б. 2004. Эволюция и последствия эндотермии у рыб. Физиологическая и биохимическая зоология, 77, 998-1018.
7. Эванс, К. В., Хеллман, Л., Мидлдич, М., Войнар, Дж. М., Бримл, М. А., Деврис, А. Л. 2012. Синтез и рециркуляция гликопротеинов антифриза у полярных рыб. Наука об Антарктике, 24, 259-268.
8. Хилл, Р.В., Вайс, Г.А., Андерсон, М. 2012. Физиология животных. Синауэр, Сандерленд.
9. Джонс, Дж. К., Олдройд, Б. П. 2007. Терморегуляция гнезда у социальных насекомых. Успехи в физиологии насекомых, 33, 153–191.
10. Кей, I. 1998. Введение в физиологию животных. Биос, Оксфорд.
11. Кирни, М. 2002. Горячие камни и слишком горячие породы: сезонные закономерности выбора места для отступления по ночному эктотерму. Journal of Thermal Biology, 27, 205–218.
12. Мойес, CD, Шульте, PM 2014. Принципы физиологии животных. Пирсон, Эссекс.
13. Поф, Ф. Х., Янис, С. М., Хейзер, Дж. Б. 2013. Жизнь позвоночных. Пирсон, Бостон.
14. Ральф, К.Л., Ферт, Б.Т., Тернер, Дж. С. 1979. Роль эпифиза в терморегуляции эктотерма. Американский зоолог, 19, 273–293.
15. Рамлов, Х. 2000. Аспекты естественной холодоустойчивости у экзотермических животных. Репродукция человека, 15, 26–46.
16. Рэндалл, Д., Бурггрен, В., Френч, К. 1998. Физиология животных: механизмы и адаптации. Макгроу-Хилл, Мадрид.
17. Сформо, Т., Уолтерс, К., Жаннет, К., Ваук, Б., Фахи, Г.М., Барнс, Б.М., Думан, Дж.Г. 2010. Глубокое переохлаждение, витрификация и ограниченная выживаемость до -100 ° C у аляскинского жука Cucujus clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae) личинки. Журнал экспериментальной биологии, 213, 502–509.
18. Шервуд, Л., Кландорф, Х., Янси, PH 2013. Физиология животных: от генов к организмам. Брукс / Коул, Бельмонт.
19. Уилмер, П., Стоун, Г., Джонстон, И. 2005. Экологическая физиология животных. Блэквелл, Молден.