Пойкилотермные животные: примеры, особенности, плюсы и недостатки эктотермии
Источник энергии, используемый животными является главным критерием, на основе которого животных разделяют на две группы: холоднокровных (пойкилотермия или эктотермия) и теплокровных (гомойотермия или эндотермия).
Холоднокровные животные не могут самостоятельно регулировать внутреннее тепло, поэтому температура их тела не постоянна и меняется в зависимости от условий окружающей среды. В жаркой среде, их кровь может быть гораздо теплее, чем у теплокровных животных, в том же районе. Для того, чтобы регулировать температуру, пойкилотермные животные греются на открытом солнце или охлаждаются в тени.
Примеры холоднокровных животных
Пойкилотермные животные могут быть наземными или водными. Пресмыкающиеся (включая змей, ящериц, черепах, аллигаторов и крокодилов), некоторые насекомые (такие как стрекозы и пчелы), амфибии (лягушки, жабы и саламандры), а также рыбы (в том числе акулы) – все являются хладнокровными. Хотя динозавры были рептилиями, они, как полагают, имели характеристики как холоднокровных, так и теплокровных животных, и принадлежали к переходной группе со сложным метаболизмом, подобно птицам.
Характеристика пойкилотермных животных
В теплой среде обитания, холоднокровные животные более активны и могут перемещаться относительно быстро. Это происходит потому, что термоактивируемые реакции обеспечивают энергию для работы мышц. Если тепла недостаточно, то животное становится вялым и медленным. Поэтому холоднокровные, как правило, неактивны и отдыхают, когда холодно.
Поскольку пойкилотермные животные не нуждаются в большом количестве пищи, они тратят меньше времени на ее поиск. В таких местах, как пустыни, где пищи мало, ящерицы и змеи имеют преимущество. Большинство холоднокровных животных впадают в спячку, чтобы преодолеть зимние холода, или имеют короткую продолжительность жизни, как и в случае многих насекомых.
Рыбы перемещаются в более глубокие и теплые воды, в то время как насекомые прячутся под землей или в обогреваемых местах, чтобы избежать зимнего холода. Некоторые виды рыб имеют специальный белок в крови со свойствами антифриза.
Во избежания длительных периодов на дневной жаре многие холоднокровные животные спят в прохладных или затененных местах. Летняя спячка или летний сон отличается от зимней спячки тем, что длится только в течение дня.
Преимущества пойкилотермии
Так как холоднокровные не генерируют свое собственное тепло, отношение массы к площади поверхности тела не столь важно, как у теплокровных животных. Таким образом, пойкилотермные животные могут быть как маленькими (насекомые, улитки, ящерицы и т.п.), так и очень большими (крокодилы). Кроме того, температура их тела не является постоянной, поэтому они меньше страдают от болезней, чем теплокровные животные.
Так как холоднокровные не нуждаются в пище, чтобы генерировать тепло, они могут выжить без кормления в течение длительного времени, именно поэтому некоторые змеи питаются только один раз в месяц. В периоды дефицита пищи, пойкилотермные животные малоактивны и преимущественно отдыхают. Большая часть пищи, которую они употребляют преобразовывается в массу тела.
Недостатки пойкилотермии
Холоднокровные животные, как правило, распространены в более теплых регионах мира. Когда температура падает, их метаболизм замедляется. Если температура остается холодной в течение длительных периодов, пойкилотермные животные могут умереть.
Холоднокровные животные
Практически все млекопитающие подразделяются на два вида: теплокровные и холоднокровные. Основа такого разделения определяется источником энергии для терморегуляции. Холоднокровные животные не способны сами вырабатывать внутреннее тепло, из-за чего температура их тела держится на одном и том же уровне, а меняется в зависимости от колебания климата. Холоднокровные животные, которые обитают на территориях с засушливым и жарким климатом, могут становиться теплее теплокровных. Таким образом, холоднокровные животные с легкостью регулируют температуру своего тела, греясь на солнце или прячась в тени.
Пресмыкающиеся
Гадюка обыкновенная
Полоз желтобрюхий
Водяной уж
Медянка
Веретеница
Ящерица зеленая
Ящерица живородящая
Окулярная кобра
Черный аспид
Гюрза
Песчаная эфа
Гремучая змея
Анаконда
Варан
Сетчатый питон
Слоновая черепаха
Земноводные
Травяная лягушка
Квакша
Жаба серая
Тритон
Ёрш-носарь
Судак
Щука
Треска
Окунь
Тюлька
Налим
Толстолобик
Угорь
Карась золотой
Заключение
Холоднокровные животные имеют ряд специфических отличий. Они могут быть более активными и быстрыми, что обусловлено реакцией на тепло. В случае дефицита солнечного тепла, животные могут становиться довольно вялыми и пассивными. Примечателен тот факт, что многие из них не нуждаются в большом количестве еды. Некоторые змеи могут употреблять пищу только один раз в месяц. Холоднокровным представителям фауны свойственно впадать в спячки, в которых они переживают холодные зимние времена года. Если температура их ареала обитания держится на минусовой отметке длительное время, то ряд животных может погибнуть.
Холоднокровные животные
Холоднокро́вные живо́тные, пойкилотермные животные, животные (все беспозвоночные, из позвоночных рыбы, земноводные, пресмыкающиеся), у которых температура тела зависит от температуры окружающей среды (обычно на 12° выше или равна ей). В отличие от теплокровных животных, не имеют совершенных механизмов терморегуляции. При повышении или понижении температуры внешней среды за пределы оптимальных впадают в оцепенение или гибнут.
Смотреть что такое «Холоднокровные животные» в других словарях:
ХОЛОДНОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ — то же, что пойкилотермные животные … Большой Энциклопедический словарь
ХОЛОДНОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ — см. Пойкилотермные животные. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
холоднокровные животные — то же, что пойкилотермные животные. * * * ХОЛОДНОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ ХОЛОДНОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ, то же, что пойкилотермные животные (см. ПОЙКИЛОТЕРМНЫЕ ЖИВОТНЫЕ) … Энциклопедический словарь
холоднокровные животные — šaltakraujai gyvūnai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Gyvūnai, nesugebantys palaikyti pastovios kūno temperatūros, gaunantys šilumą iš aplinkos ir priklausomi nuo aplinkos temperatūros (pvz., žuvys, varliagyviai, ropliai,… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Холоднокровные животные — то же, что Пойкилотермные животные … Большая советская энциклопедия
ХОЛОДНОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ — то же, что пойкилотермные животные … Естествознание. Энциклопедический словарь
Холоднокровные животные — с температурой тела, стоящей в зависимости от температуры окружающей среды (см. Теплокровные) … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
холоднокровные — ХОЛОДНОКРОВНЫЕ, ых, ед. ое, ого, ср. Животные (рыбы, амфибии и др.) с температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры окружающей среды. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
холоднокровные — холоднокровные, ых (животные) … Русское словесное ударение
Теплокровность
Теплокровность или Гомойотермия — в классическом и обычном понимании, это способность организмов поддерживать постоянную температуру тела (термический гомеостаз) независимо от температуры окружающей среды. Эта способность включает в себя возможность охлаждения или нагрева тела. Теплокровные животные преимущественно контролируют температуру своего тела за счет регулирования скорости обмена веществ.
Однако, термин «теплокровность» (как и «хладнокровие») сейчас определенный очень нечетко и существуют несколько возможных определений термина, приводит к недоразумениям. Невозможно разделить все организмы на две категории при любом определении. Поддержание температуры тела привлекает большое количество механизмов, дающих в результате почти непрерывный спектр температур тела и степени воздействия окружающей среды, с идеальными классическими определениями противоположных углах этого спектра.
Определение термина «теплокровность»
Обычно термин «теплокровность» ссылается на три отдельные аспекты терморегуляции:
1. Ендотермия (от греч. Endo — «в пределах» и therm — «тепло») — способность некоторых организмов контролировать температурами своих тел с помощью внутренних средств, например, дрожание мышц или внутриклеточных средств. Некоторые авторы ограничивают значение термина конкретными механизмами повышения скорости метаболизма животных для получения тепла. Противоположность ендотермии — экзотермии.
2. Гомойотермия (от греч. Homoios — «похожий» и therm — «тепло») — терморегуляция, что позволяет поддерживать постоянную внутреннюю температуру тела, несмотря на внешнее воздействие. Эта температура обычно выше, чем температура непосредственного окружения. Противоположность гомойотермии — пойкилотермия.
3. Тахиметаболизм (от греч. Tachy — «быстро» и metabol — «меняться») — вид терморегуляции, характерный для организмов с высоким уровнем основного обмена, то есть скорости метаболизма в состоянии покоя. Тахиметаболични организмы, по сути, сохраняют высокую активность в течение всего времени. Хотя их основной обмен и медленнее их скорость основного обмена в активном состоянии, разница не так велика, как в брадиметаболичних организмах. Тахиметаболични организмы, как правило, требуют больше пищи и хуже переносят ее нехватку.
Подавляющее большинство организмов, как традиционно называются «теплокровными» (млекопитающие и птицы), соответствуют всем трем определению. Однако, в течение второй половиниы 20-го века, исследования животных обнаружили много видов, принадлежащих к одной из этих групп, но не отвечают всем трем определением теплокровности. Например, многие летучих мышей и малых птиц — пойкилотермични и брадиметаболични во время сна. Для этих организмов используется другой термин — гетеротермия.
Механизмы терморегуляции традиционно теплокровных животных
Создание и сохранение тепла
Организмы, которые традиционно считаются теплокровными, имеют большое число митохондрий на клетку, что дает им возможность производить тепло, увеличивая скорость «сжигания» жиров и сахаров. Это требует гораздо большего количества пищи, чем количество, потребляющих хладнокровные животные, для восстановления жировых и сахарной резервов.
Многие эндотермических животных дополняют клеточный механизм дрожью в холодных условиях, с целью преобразования жиров и сахаров на тепло с помощью мускульной активности. Зимой, когда часто не хватает пищи для поддержания высокой скорости обмена веществ в течение всего дня, некоторые организмы переходят в гипотермический состояние, известное как спячка или глубокий сон. В таком состоянии энергия сохраняется за счет снижения температуры тела. Многие птицы и маленьких млекопитающих (например тенреки) также позволяют температуре тела снижаться ночью, сокращая потребление энергии, необходимой для поддержания температуры тела. Даже человек несколько снижает скорость метаболизма в течение сна.
Потеря тепла больше угрожает небольшим организмам, поскольку они имеют большее соотношение внешней площади к объему. Наименьшие теплокровные животные имеют теплоизоляцию в виде меха или перьев. Водные теплокровные животные вообще используют глубокие слои жира под кожей для изоляции, потому что мех или перья неефективни в их окружениях. Пингвины используют как перья, так и жир, потому что их полуводный образ жизни ограничивает степень изоляции, которую может предоставить перьев. Птицы, особенно болотные, имеют кровеносные сосуды на нижних частях ног, служат теплообменниками — вены расположены рядом с артериями и поэтому забирают их тепло и переносят его обратно в кровоток. Многие теплокровных животных белые или светлые, сокращая потери тепла за счет излучения и из-за сокращения потока крови через кожу.
Охлаждение и предотвращения перегрева
В тропическом и экваториальном климате и в течение лета в умеренных районах перегрев является таким же угрозой, как и холод. В жарких условиях многие теплокровных животных увеличивают потерю тепла увеличением дыхания и испарением влаги в легких, и увеличением потока крови через кожу. Безволосые и коротковолосого млекопитающие кроме того потеют, потому что испарения пота также снижает температуру. Слоны сохраняют спокойствие, используя свои огромные уши подобно радиаторов: они размахивают своими ушами, увеличивая поток воздуха над ними.
Сравнение теплокровного и хладнокровной стратегий
Преимущества быстрого метаболизма
Полная скорость метаболизма животных возрастает примерно вдвое на каждые 10 C ° повышение температуры тела (кроме случаев, когда необходимо избегать гипертермии). Теплокровность не обеспечивает большую скорость движения, чем хладнокровие — хладнокровные животные могут двигаться так же быстро, как и теплокровные животные того же размера и телосложения. Но теплокровные животные значительно выносливее, чем хладнокровные организмы, потому что их быстрее метаболизм позволяет быстро восстанавливать источники энергоснабжения (особенно АТФ) и устранять продукты метаболизма (особенно молочную кислоту). Это дает возможность теплокровным хищникам догонять добычу, а потенциальной теплокровному добычи избегать хладнокровных хищников (по условиям избежание начального нападения или засады), что делает теплокровных животных успешными.
Преимущества гомейотермии
Ферменты имеют сильную зависимость активности от температуры и их эффективность намного зменшенуеться за пределами оптимальной температуры. Организмы с постоянной температурой тела, таким образом могут использовать ферменты, эффективные при определенной температуре. Другое преимущество гомейотермичних животных заключается в их способности поддерживать постоянную температуру тела и активность даже по условиям очень холодной погоды. Пойкилотермични организмы должны или эффективно функционировать далеко за пределами мексимальнои температуры в течение большинства времени, или тратить дополнительные ресурсы для создания широкого ряда ферментов, чтобы покрыть более широкий ряд температур тела.
Недалеко теплокровности
Поскольку теплокровные животные используют ферменты, которые специфичны для узкого ряда температур, гипотермия (переохлаждения) тела быстро приводит к потере активности и смерти. Также для поддержания постоянной температуры необходима энергия — это приводит к необходимости гомуйотермичним животным потреблять гораздо больше еды, чем пойкилотермичним.
Дрожь и сжигания жира для поддержания температуры требует больших затрат энергии, приводит к определенным проблемам, например:
Контроль температуры холоднокровных животных
Научное понимание механизмов терморегуляции значительно продвинулось с момента создания классического разделения организмов на теплокровных и холоднокровных, в результате была исследована большое количество таких механизмов.
Многие «хладнокровных» животных используют динамические средства для регулирования своих внутренних температур:
Некоторые другие «хладнокровные» организмы используют внутренние механизмы для поддержания температуры тела выше уровня среды:
Хладнокровные мыши живут дольше
Мудрость предков говорит, что хладнокровие предохраняет от преждевременной старости. Теперь американские биологи доказали, что это поучение можно понимать вполне буквально. Полученные ими результаты свидетельствуют о том, что заветные 36,6 градусов по Цельсию, которые испокон веков считаются нормой температуры человеческого тела, на самом деле вовсе не идеальны — во всяком случае, в том, что касается продолжительности жизни. Одновременно эти результаты подтвердили очень старую гипотезу, согласно которой снижение температуры тела способствует долголетию. В ее пользу имеется много анекдотических свидетельств, теперь же она подкреплена строгими данными, полученными в специально спланированном физиологическом эксперименте. Его провели сотрудники расположенного в калифорнийском городе Ла-Холья (La Jolla) Скриппсовского исследовательского института (Scripps Research Institute), возглавляемые нейрологом Бруно Конти (Bruno Conti).
Этот опыт был поставлен на мышах, вечных мучениках науки. Впрочем, в данном случае его хвостатым участникам вроде бы было не на что жаловаться, поскольку экспериментаторы вполне преуспели в продлении их земного существования. Они снизили температуру тела животных, в результате чего те прожили куда дольше отведенного природой срока.
Давным-давно известно, что за стабилизацию внутренней среды (гомеостаз) отвечает гипоталамус, очень древний отдел промежуточного мозга, который существует у всех позвоночных (точнее, даже у всех хордовых), но лучше всего развит у млекопитающих. В число важнейших параметров гомеостаза входит поддержание физиологически оптимальной температуры тела, которую регулируют нейроны, локализованные в преоптической области (preoptic area) гипоталамуса. Филогенетически (иначе говоря, по эволюционному происхождению) преоптическая область принадлежит не промежуточному, а переднему мозгу, однако структурно относится к гипоталамусу.
Нейрологические механизмы терморегуляции довольно сложны, они включают взаимодействия между различными группами клеток, описание которых увело бы нас слишком далеко. Достаточно сказать, что у небольших млекопитающих в этом процессе активно участвуют нервные импульсы, идущие к бурым адипоцитам — клеткам бурого жира. Эти импульсы вынуждают адипоциты вырабатывать так называемый разобщающий белок первого типа (uncoupling protein 1, UCP-1), который влияет на работу митохондрий — энергетических станций клетки. Митохондрии по должности синтезируют аденозинтрифосфат (АТФ) — главный хранитель и переносчик внутриклеточной химической энергии, однако под воздействием UCP-1 они его не аккумулируют для клеточных нужд, а перерабатывают в тепло.
С помощью этого механизма производства тепла (по-научному, термогенеза) природа наделила зверьков портативными нагревателями в лице островков бурого жира, которые позволяют им избегать переохлаждения организма в зимнее время. Для крупных животных этот механизм не столь важен, поскольку они лучше сохраняют тепло из-за большой массы тела.
Теперь вернемся к эксперименту Конти со товарищи. Ученые сконструировали генетически модифицированных мышей, у которых постоянно перегревался небольшой участок гипоталамуса, расположенный менее чем в миллиметре от центра терморегуляции. Сделано это было весьма остроумно. В состав бокового гипоталамуса входят три тысячи нейронов, которые — и только они — синтезируют некие пептиды, называемые орексинами — от греч. orex «аппетит», поскольку поначалу считалось, что эти пептиды играют важную роль в регуляции пищевого поведения. (Одновременно эти пептиды были открыты в 1998 году другой группой ученых и названы «гипокретинами» — ГИПОталамическими инКРЕТИНАМИ, так как их приняли за представителей группы гастроинтестинальных гормонов инкретинов, вызывающих увеличение производства инсулина. В дальнейшем это сходство опровергли. А из двух названий больше прижилось первое.) Трансгенные мыши были изготовлены таким образом, чтобы у них под воздействием орексинов экспрессировался ген UCP-2, непосредственно связанный с UCP-1. В результате митохондрии этих клеток переходили в режим термогенеза, и в боковом гипоталумусе включались химические грелки. Нейроны преоптической области воспринимали это тепло как свидетельство общего перегрева мышиного организма и потому снижали его температуру на 0,3-0,5 градуса.
Экспериментаторы выяснили, что медианная продолжительность жизни «охлажденных» самцов на 12% превышает таковую у их обычных сородичей, а самок — даже на 20% (и это при том, что и те, и другие получали пищу не только нормальной, но даже несколько повышенной калорийности!).
Конечно, мыши есть мыши, их обмен веществ сильно отличается от человеческого. Но ведь говорят, что и индийские факиры умеют продлевать свою жизнь, снижая температуру тела. Во всяком случае, доктор Конти считает, что в будущем люди смогут добиваться таких же результатов с помощью препаратов, воздействующих на мозговой центр терморегуляции.