Die diversiteit van lewe op ons planeet is treffend in sy skaal. Onlangse studies deur Kanadese wetenskaplikes gee 'n syfer van 8,7 miljoen spesies diere, plante, swamme en mikroörganismes wat ons planeet bewoon. Boonop word slegs sowat 20% van hulle beskryf, en dit is 1,5 miljoen spesies wat aan ons bekend is. Lewende organismes het alle ekologiese nisse op die planeet bevolk. Daar is geen plek in die biosfeer waar daar geen lewe sou wees nie. In die vents van vulkane en op die top van Everest - oral vind ons lewe in sy verskillende manifestasies. En ongetwyfeld het die natuur sulke diversiteit en verspreiding te danke aan die verskyning in die proses van evolusie van die verskynsel van warmbloedigheid (homeotermiese organismes).
Die grens van lewe is temperatuur
Die basis van lewe is die liggaam se metabolisme, wat afhang van die spoed en aard van chemiese prosesse. MAARhierdie chemiese reaksies is slegs moontlik in 'n sekere temperatuurreeks, met hul eie aanwysers en duur van blootstelling. Vir 'n groter aantal organismes word die grensaanwysers van die temperatuurregime van die omgewing beskou as van 0 tot +50 grade Celsius.
Maar dit is 'n spekulatiewe gevolgtrekking. Dit sou meer akkuraat wees om te sê dat die temperatuurgrense van lewe dié sal wees waar daar geen denaturasie van proteïene is nie, sowel as onomkeerbare veranderinge in die kolloïdale eienskappe van die sitoplasma van selle, 'n skending van die aktiwiteit van lewensbelangrike ensieme. En baie organismes het hoogs gespesialiseerde ensiematiese stelsels ontwikkel wat hulle toegelaat het om in toestande ver buite hierdie perke te leef.
Omgewingsklassifikasie
Die grense van optimale lewenstemperature bepaal die verdeling van lewensvorme op die planeet in twee groepe – kriofiele en termofiele. Die eerste groep verkies koue vir die lewe en is gespesialiseerd vir die lewe in sulke toestande. Meer as 80% van die planeet se biosfeer is koue streke met 'n gemiddelde temperatuur van +5 °C. Dit is die dieptes van die oseane, die woestyne van die Arktiese en Antarktika, die toendra en hooglande. Verhoogde koue weerstand word verskaf deur biochemiese aanpassings.
Die ensiematiese stelsel van kriofiele verlaag effektief die aktiveringsenergie van biologiese molekules en handhaaf metabolisme in die sel by 'n temperatuur naby aan 0 °C. Terselfdertyd gaan aanpassings in twee rigtings – in die verkryging van weerstand (teenstand) of verdraagsaamheid (weerstand) teen koue. Die ekologiese groep termofiele is organismes wat optimaal is virwie se lewens gebiede met hoë temperature is. Hulle lewensaktiwiteit word ook verskaf deur die spesialisering van biochemiese aanpassings. Dit is die moeite werd om te noem dat met die komplikasie van die organisasie van die liggaam, sy vermoë tot termofilie verminder.
Liggaamstemperatuur
Die balans van hitte in 'n lewende stelsel is die geheel van sy invloei en uitvloei. Die liggaamstemperatuur van organismes hang af van die omgewingstemperatuur (eksogene hitte). Daarbenewens is 'n verpligte eienskap van lewe endogene hitte - 'n produk van interne metabolisme (oksidatiewe prosesse en die afbreek van adenosientrifosforsuur). Die lewensbelangrike aktiwiteit van die meeste spesies op ons planeet hang af van eksogene hitte, en hul liggaamstemperatuur hang af van die verloop van omgewingstemperature. Dit is poikilotermiese organismes (poikilos - verskeie), waarin liggaamstemperatuur veranderlik is.
Poikiloterme is almal mikroörganismes, swamme, plante, ongewerwelde diere en die meeste chordate. En net twee groepe gewerwelde diere - voëls en soogdiere - is homoiotermiese organismes (homoios - soortgelyk). Hulle handhaaf 'n konstante liggaamstemperatuur, ongeag die omgewingstemperatuur. Hulle word ook warmbloedige diere genoem. Hul belangrikste verskil is die teenwoordigheid van 'n kragtige vloei van interne hitte en 'n stelsel van termoregulerende meganismes. Gevolglik word alle fisiologiese prosesse by homoiotermiese organismes by optimale en konstante temperature uitgevoer.
Waar en Onwaar
Sommige poikilotermeorganismes soos visse en stekelhuidiges het ook 'n konstante liggaamstemperatuur. Hulle leef in toestande van konstante eksterne temperature (die dieptes van die see of grotte), waar die omgewingstemperatuur nie verander nie. Hulle word vals homoiotermiese organismes genoem. Baie diere wat winterslaap of tydelike krankheid ervaar, het wisselende liggaamstemperature. Hierdie werklik homoiotermiese organismes (voorbeelde: marmotte, vlermuise, krimpvarkies, windswaels en ander) word heterotermies genoem.
Geagte aromorfose
Die voorkoms van homoiotermie in lewende wesens is 'n baie energie-verbruikende evolusionêre aanwins. Geleerdes stry steeds oor die oorsprong van hierdie progressiewe verandering in struktuur, wat gelei het tot 'n toename in die vlak van organisasie. Baie teorieë is voorgestel vir die oorsprong van warmbloedige organismes. Sommige navorsers erken dat selfs dinosourusse hierdie kenmerk kan hê. Maar met al die meningsverskille van wetenskaplikes, is een ding seker: die voorkoms van homoiotermiese organismes is 'n bio-energetiese verskynsel. En die komplikasie van lewensvorme word geassosieer met die funksionele verbetering van hitte-oordragmeganismes.
Temperatuurvergoeding
Die vermoë van sommige poikilotermiese organismes om 'n konstante vlak van metaboliese prosesse in 'n wye reeks veranderinge in liggaamstemperatuur te handhaaf, word verskaf deur biochemiese aanpassings en word temperatuurkompensasie genoem. Dit is gebaseer op die vermoë van sommige ensieme om hul konfigurasie te verander met dalende temperatuur en hul affiniteit met die substraat te verhoog, wat die tempo van reaksies verhoog. Byvoorbeeld, in tweekleppige mosselsIn die Barentssee hang suurstofverbruik nie af van omgewingstemperature nie, wat wissel van 25 °C (+5 tot +30 °C).
Tussenvorms
Evolusionêre bioloë het dieselfde verteenwoordigers van oorgangsvorme van poikilotermiese tot warmbloedige soogdiere gevind. Kanadese bioloë van die Brock Universiteit het seisoenale warmbloedigheid in die Argentynse swart-en-wit tegu (Alvator merianae) ontdek. Hierdie amper meter akkedis woon in Suid-Amerika. Soos die meeste reptiele, koester die tegoe bedags in die son, en skuil snags in gate en grotte, waar dit afkoel. Maar gedurende die broeiseisoen van September tot Oktober neem die temperatuur van die tegu, die respiratoriese tempo en die ritme van hartkontraksies in die oggend skerp toe. Die liggaamstemperatuur van 'n akkedis kan die temperatuur in 'n grot met tien grade oorskry. Dit bewys die oorgang van vorms van koelbloedige diere na homoiotermiese diere.
Meganismes van termoregulering
Homoiotermiese organismes werk altyd om die werking van die hoofstelsels te verseker - bloedsomloop, respiratories, uitskeiding - deur 'n minimum hitteproduksie op te wek. Hierdie minimum wat in rus geproduseer word, word basale metabolisme genoem. Die oorgang na die aktiewe toestand by warmbloedige diere verhoog hitteproduksie, en hulle benodig meganismes om hitte-oordrag te verhoog om proteïendenaturering te voorkom.
Die proses om 'n balans tussen hierdie prosesse te bereik word verskaf deur chemiese en fisiese termoregulering. Hierdie meganismes bied beskerming van homoiotermiese organismes teen lae temperature enoorverhitting. Die meganismes om 'n konstante liggaamstemperatuur te handhaaf (chemiese en fisiese termoregulering) het verskillende bronne en is baie uiteenlopend.
Chemiese termoregulering
In reaksie op 'n afname in omgewingstemperatuur, verhoog warmbloedige diere die produksie van endogene hitte refleksief. Dit word bereik deur die verhoging van oksidatiewe prosesse, veral in spierweefsel. Ongekoördineerde spiersametrekking (bewing) en termoregulerende tonus is die eerste stadiums van toenemende hitteproduksie. Terselfdertyd neem lipiedmetabolisme toe, en vetweefsel word die sleutel tot beter termoregulering. Soogdiere in 'n koue klimaat het selfs bruin vet, al die hitte van die oksidasie daarvan gaan die liggaam warm maak. Hierdie energieverbruik vereis dat die dier óf 'n groot hoeveelheid kos inneem óf om aansienlike vetreserwes te hê. Met 'n gebrek aan hierdie hulpbronne het chemiese termoregulering sy perke.
Meganismes van fisiese termoregulering
Hierdie tipe termoregulering vereis nie bykomende koste vir hitte-opwekking nie, maar word uitgevoer deur endogene hitte te bewaar. Dit word uitgevoer deur verdamping (sweet), bestraling (bestraling), hittegeleiding (geleiding) en konveksie van die vel. Metodes van fisiese termoregulering het in die loop van evolusie ontwikkel en word al hoe meer perfek wanneer die filogenetiese reeks van insekvreters en vlermuise tot soogdiere bestudeer word.
'n Voorbeeld van so 'n regulering is die vernouing of uitbreiding van die bloedkapillêre van die vel, wat verandertermiese geleidingsvermoë, hitte-isolerende eienskappe van pels en vere, teenstroom hitte-uitruiling van bloed tussen oppervlakkige vate en vate van interne organe. Hitte-afvoer word gereguleer deur die helling van die pelshare en vere, waartussen 'n lugspleet gehandhaaf word.
In seesoogdiere word onderhuidse vet deur die liggaam versprei, wat die endo-hitte beskerm. Byvoorbeeld, by robbe bereik so 'n vetsak tot 50% van die totale gewig. Daarom smelt die sneeu nie ure lank onder die robbe wat op die ys lê nie. Vir diere wat in warm klimate leef, sal 'n eweredige verspreiding van liggaamsvet oor die hele oppervlak van die liggaam dodelik wees. Daarom versamel hul vet net in sekere dele van die liggaam (die bult van 'n kameel, die vetstert van 'n skaap), wat nie verdamping van die hele oppervlak van die liggaam voorkom nie. Boonop het diere van die noordelike koue klimaat 'n spesiale vetweefsel (bruinvet), wat heeltemal vir liggaamsverhitting gebruik word.
Meer suid - groter ore en langer bene
Verskillende dele van die liggaam is ver van gelykwaardig in terme van hitte-oordrag. Om hitte-oordrag te handhaaf, is die verhouding van die liggaamsoppervlak en sy volume belangrik, want die volume interne hitte hang af van die massa van die liggaam, en hitte-oordrag vind deur die integumente plaas. Die uitsteekdele van die liggaam het 'n groot oppervlak, wat goed is vir warm klimate, waar warmbloedige diere baie hitte-oordrag benodig. Byvoorbeeld, groot ore met baie bloedvate, lang ledemate en 'n stert is tipies vir inwoners van 'n warm klimaat (olifant, fennec-jakkals, Afrikaanselangoor jerboa). In koue toestande volg aanpassing die pad van spaar area na volume (ore en stert van robbe).
Daar is nog 'n wet vir warmbloedige diere - hoe verder noord verteenwoordigers van een filogenetiese groep woon, hoe groter is hulle. En dit hou ook verband met die verhouding van die volume van die verdampingsoppervlak, en gevolglik hitteverlies, en die massa van die dier.
Etologie en hitte-oordrag
Gedragskenmerke speel ook 'n belangrike rol in hitte-oordragprosesse, beide vir poikilotermiese en homeotermiese diere. Dit sluit veranderinge in postuur, en die bou van skuilings, en verskeie migrasies in. Hoe groter die diepte van die gat, hoe gladder is die verloop van temperature. Vir middelbreedtelyne, op 'n diepte van 1,5 meter, is seisoenale temperatuurskommelings onwaarneembaar.
Groepgedrag word ook vir termoregulering gebruik. So, die pikkewyne kruip saam en klou styf aan mekaar. Binne die hoop is die temperatuur naby aan die liggaamstemperatuur van pikkewyne (+37 ° C) selfs in die ergste ryp. Kamele doen dieselfde - in die middel van die groep is die temperatuur ongeveer +39 °C, en die pels van die buitenste diere kan tot +70 °C verhit word.
Hibernation is 'n spesiale strategie
Torpid state (stupor) of hibernasie is spesiale strategieë van warmbloedige diere wat dit moontlik maak om veranderinge in liggaamstemperatuur vir aanpassingsdoeleindes te gebruik. In hierdie toestand hou die diere op om liggaamstemperatuur te handhaaf en verlaag dit tot byna nul. Hibernasie word gekenmerk deur 'n afname in metaboliese tempo enverbruik van opgehoopte hulpbronne. Dit is 'n goed gereguleerde fisiologiese toestand, wanneer termoregulerende meganismes na 'n laer vlak oorskakel - die hartklop daal (byvoorbeeld in 'n slaapsaal van 450 tot 35 slae per minuut), suurstofverbruik verminder met 20-100 keer.
Ontwaking vereis energie en vind plaas deur selfverhitting, wat nie verwar moet word met die verdowing van koelbloedige diere nie, waar dit veroorsaak word deur 'n afname in omgewingstemperatuur en 'n toestand is wat nie deur die liggaam self gereguleer word nie (ontwaking) vind plaas onder die invloed van eksterne faktore).
Stupor is ook 'n gereguleerde toestand, maar die liggaamstemperatuur daal met slegs 'n paar grade en gaan dikwels gepaard met sirkadiese ritmes. Kolibries word byvoorbeeld snags gevoelloos wanneer hul liggaamstemperatuur van 40°C tot 18°C daal. Daar is baie oorgange tussen droogte en winterslaap. Dus, hoewel ons die slaap van bere in winterslaap noem, neem hul metabolisme in werklikheid effens af, en hul liggaamstemperatuur daal met slegs 3-6 ° C. Dit is in hierdie toestand dat die sy-beer aan welpies geboorte gee.
Waarom is daar min homoiotermiese organismes in die akwatiese omgewing
Onder hidrobionte (organismes wat in die akwatiese omgewing leef) is daar min verteenwoordigers van warmbloedige diere. Walvisse, dolfyne, pelsrobbe is sekondêre waterdiere wat van land af na die wateromgewing teruggekeer het. Warmbloedigheid word hoofsaaklik geassosieer met 'n toename in metaboliese prosesse, waarvan die basis oksidasiereaksies is. En suurstof speel hier 'n groot rol. En, soos jy weet, inin die akwatiese omgewing is die suurstofinhoud nie hoër as 1% per volume nie. Die diffusie van suurstof in water is duisende kere minder as in lug, wat dit nog minder beskikbaar maak. Daarbenewens, met 'n toename in temperatuur en verryking van water met organiese verbindings, verminder die suurstofinhoud. Dit alles maak die bestaan van 'n groot aantal warmbloedige organismes in die akwatiese omgewing energiek ongunstig.
Voor- en nadele
Die grootste voordeel van warmbloedige diere bo koelbloedige diere is hul gewilligheid om op te tree ongeag die omgewingstemperatuur. Dit is 'n geleentheid om nagtemperature naby vriespunt te weerstaan, en die ontwikkeling van die noordelike gebiede van die land.
Die grootste nadeel van warmbloedigheid is die hoë energieverbruik om 'n konstante liggaamstemperatuur te handhaaf. En die hoofbron hiervoor is kos. 'n Warmbloedige leeu het tien keer meer kos nodig as 'n koelbloedige krokodil met dieselfde gewig.
