ЕКТОТЕРМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці ектотермних тварини є тваринами, температура тіла , і в основному залежать безпосередньо від температури навколишнього середовища. Звідси випливає, що мало або жодна температура вашої тіла пов'язана з метаболізмом. Тому, щоб підтримувати свою температуру у фізіологічно відповідних межах, вони повинні отримувати або розсіювати тепло з навколишнього середовища.

Протилежна умова бути ектотермічним - це ендотермічне. Всі птахи та ссавці відносяться до категорії ендотерм. Всі водні земноводні та безхребетні, а також переважна більшість плазунів (крім птахів), а також наземні риби та безхребетні класифікуються як ектотерми.

Джерело: Грехем Мудрий з Брісбена, Австралія

Усі рослини також можна вважати ектотермами, хоча ботаніка ця кваліфікація чужа. З теплової точки зору рослини називають макротермами, якщо вони живуть у теплих умовах (> 18 ° C щомісяця), мезотермами, якщо вони живуть у помірному середовищі (> 22 ° C, найтепліший місяць; 6–18 ° C, найхолодніший місяць ), або мікротерми, якщо вони живуть у холодних умовах.

Визначення

Ендотерми - це тварини, температура яких регулюється внутрішньо їх метаболізмом, а не зовнішнім середовищем. Взагалі ендотерми є гомеотермічними, тобто мають відносно постійну температуру тіла на відміну від пойкілотерм, які мають дуже змінну температуру тіла.

Ектотерми також часто називають пойкілотермами (від грецької: poikilos, мінливий; термос, тепло). В одному випадку підкреслюється температурна залежність середовища. В іншому - мінливість температури тіла. Перший термін є кращим, оскільки ектотерми можуть бути гомеотермами, якщо температура середовища є постійною.

Ендотермами і ектотермами також часто називають відповідно тепло і холоднокровних тварин. Таке використання не рекомендується, оскільки є ектотерми, які підтримують температуру тіла настільки ж високою, як у багатьох ендотерм. Не можна сказати, що ці тварини є холоднокровними.

Гетеротерми - це ектотерми, які частково є гомеотермами. Під час періодів активності вони можуть генерувати метаболічне тепло, щоб підтримувати температуру тіла принаймні частини вашого тіла постійною. Однак у періоди бездіяльності вони знижують температуру тіла як функцію, що залежить від навколишнього середовища, як і інші ектотерми.

Регіональні гетеротерми - це ендотерми, температура тіла яких значно змінюється між частинами тіла.

характеристики

Ендотермічний стан робить тварин незалежними від температури навколишнього середовища, дозволяючи їм зайняти холодне наземне середовище, залишатися постійно активними, щоб скористатися можливостями годівлі та розмноженням, а також уникнути хижаків.

У циркуполярних областях немає плазунів, а земноводні та комахи не дуже різноманітні та рясні. У цих регіонах вигідно і навіть необхідно бути ендотермічними.

Однак ендотерми роблять дуже високі інвестиції в енергію для регулювання своєї температури. Не вкладаючи цих інвестицій, ектотерми мають харчові потреби в 17 разів нижчі, ніж ендотерми подібної маси тіла.

З цієї причини плазуни (крім птахів), земноводні та риби можуть використовувати екологічні ніші, зарезервовані для організмів із низьким споживанням енергії, недоступні для птахів та ссавців.

Після того, як вони зможуть достатньо зігріти тіло, використовуючи зовнішні джерела тепла, ектотерми можуть розвинути рівень активності настільки ж високий, як у птахів та ссавців.

Низький енергетичний бюджет ектотерм дозволяє їм: 1) спеціалізуватися на дефіцитних продуктах, збільшуючи їх різноманітність; 2) бути успішним у таких середовищах, як пустелі, в яких не вистачає їжі для більшості ендотерм; 3) мають високу репродуктивну ефективність стосовно споживання їжі.

Як вони регулюють свою температуру?

Ектотерми підвищують температуру тіла, потрапляючи під прямі сонячні промені (геліотермія) або контактуючи з нагрітими сонцем субстратами (наприклад: скелями). Вони знижують температуру тіла, приховуючи в тіні або контактуючи з відносно холодними субстратами.

У їхніх тілах не вистачає теплоізоляції (приклад: пір’я, хутро), що полегшує теплообмін з навколишнім середовищем.

Серед стратегій, які вони можуть використовувати для регулювання нагрівання, що виробляється сонячним світлом, є: 1) спрямована орієнтація (перпендикулярна, паралельна, коса) тіла щодо сонячних променів; 2) потемніти або освітлити колір вашої шкіри завдяки дії хроматофорів. Обидві стратегії особливо поширені у плазунів.

Ектотермічні риби не можуть на сонці зігріти себе, але вони можуть регулювати свою температуру тіла, вибираючи маси чи шари води, які мають певну температуру. Це часто дозволяє їм тривалий час підтримувати постійну температуру тіла (гомеотермія).

Ектотерми також можуть регулювати свою температуру за допомогою судинних регулювань (змінюючи периферичний кровообіг), піддаючи повітря внутрішню поверхню рота або втрачаючи воду через випаровування (допускаючи деяке зневоднення). Шишкові органи ектотерм, здається, виступають легкими дозиметрами для терморегуляції.

Холодостійкість

Циркумполярні та альпійські ектотерми стикаються відповідно із температурою навколишнього середовища нижче замерзання взимку чи вночі.

Щоб пережити екстремальний холод, ці тварини застосовують дві стратегії: 1) уникати замерзання рідин позаклітинних тіл, утримуючи зазначені рідини в рідкому стані при температурі до -58 ° C (яка відома як переохолодження); 2) переносять замерзання (до -3 ° C) цих рідин.

У першій стратегії, що спостерігається у риб і комах, плазма крові не замерзає, оскільки містить розчинники антифризу (цукру, такі як фруктоза; похідні цукрів, такі як гліцерин; глікопротеїни).

У другій стратегії, що спостерігається у земноводних, плазма крові заморожена, але загибель клітин не настає, оскільки вони містять розчинники антифризу (низькомолекулярні сполуки, гліцерин). Хоча відбувається замерзання позаклітинних рідин, не відбувається заморожування внутрішньоклітинних рідин. Якщо є, вони вмирають.

Ектотермічні морські хижаки (акули та інші риби) рідкісні на великих широтах, де їх замінюють ендотермічні морські хижаки (морські ссавці, пінгвіни, ауки). У холодних водах ектотермічні хижаки не можуть відповідати рівню активності ендотермічних хижаків.

Гетеротерми

Існують насамперед ектотермічні тварини, які є гетеротермічними, тобто вони проявляють певну ступінь ендотермії, тимчасової чи регіональної.

Деякі арктичні комахи суворі ектотерми, коли знаходяться на землі. Однак, щоб здійснити політ, ці комахи повинні попередньо розігріти м’язи, які рухають крилами, чого вони досягають, переміщаючи їх повторно. Під час польоту ці комахи є ефективно ендотермами. Їм навіть потрібно розсіювати тепло, щоб вони не перегрівалися.

Коли вони згортаються навколо своїх яєць, що їх інкубують, самки індійських пітонів-пітонів підвищують температуру тіла, тремтячи. Таким чином вони нагрівають яйця, полегшуючи розвиток ембріонів і прискорюючи висиджування.

Акули родини Lamnidae, риба-меч або тунець - регіональні гетеротерми. Передача тепла, що виробляється мускулатурою через протиточні механізми крові, дозволяє їм підвищувати температуру мозку, внутрішніх органів та інших м’язів. Це покращує їх аеробну здатність до плавання та робить їх більш ефективними хижаками.

Приклади ектотермічних тварин

Хребетні

Крокодили, такі як Crocodylus porosus, є найбільшими наземними ектотермами. Його оптимальна температура тіла - 30-33 ºC, яка, як і інші плазуни, постійно рухається між сонячними та тінистими місцями. Особлива стратегія крокодилів знижувати температуру тіла - тримати рот широко відкритим протягом години.

Європейська гадюка - гадюка гадюка - отруйна змія, поширення якої сягає Полярного кола. Щоб дозволити інкубацію яєць при низькій температурі, ця змія є живородючою. Влітку, щоб підтримувати адекватну температуру тіла для хижацтва та розмноження, ці змії піддають себе настільки, наскільки вони здатні до сонячного світла.

На Алясці земноводний Rana sylvatica переживає температуру до -16 ° C. Це пов’язано з високою концентрацією антифризу, присутнього в крові взимку. До таких речовин відносять глюкозу та сечовину. Щоб зменшити обмерзання, ця жаба також зневоднює протягом зими.

Арктичні риби сімейства Gadidae та антарктичні риби Nototheniidae самостійно еволюціонували по суті однакові кріозахисні речовини (глікопротеїни). Це є чудовим випадком адаптивного зближення до подібних кліматичних умов.

Безхребетні

Пчела (Apis mellifera) та інші соціальні комахи утримуються гомеотермічними у своїх гніздах. З цією метою: 1) їх розміщують у термічно сприятливих місцях та структурують на користь пасивного нагріву та охолодження; 2) вони махають крилами в координації, щоб нагріти їх за допомогою м’язового термогенезу або охолодити їх за допомогою циркуляції повітря та випаровування.

Комарі (Едеси, Анофели) - ектотерми, пристосовані до жаркого клімату. Вони летальні, оскільки передають такі захворювання, як малярія, жовта лихоманка, чикунгуня, денге та Зіка. Завдяки змінам клімату до 2050 року вони розширять своє поширення в помірних зонах, піддаючи 50% людей цим захворюванням.

На Алясці жук-клавіпс Cucujus завдяки розчиненим в ньому гемолімфам антифризу протистоїть зимовим температурам -58 ° C. У лабораторії було встановлено, що цей жук може витримувати температуру нижче -150 ºC, що не існує на Землі.

За цих температур рідини організму цієї комахи досягають стану вітрифікації.

У дорослому вигляді стрічкові хробаки, такі як Taenia solium (телячий соус) і Taeniarhynchus saginatus (свинячий стрічковий черв'як) - це кишкові паразити, які, не маючи травної системи, повністю залежать від людини-господаря для харчування.

Усередині кишечника ці стрічкові черв’яки підтримують свою постійну температуру (37 ºC), тому вони є гомеотермами.

Список літератури

1. Андерссон, С. 2003. Зимова сплячка, середовище проживання та сезонна активність у дробовику, бері Vipera, на північ від Полярного кола у Швеції. Амфібія-Рептилія, 24, 449–457.
2. Барроуз, ЕМ 2000. Довідник бюро поведінки тварин: словник поведінки тварин, екології та еволюції. CRC Press, Бока Ратон.
3. Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. Аллометрія водолазних можливостей: ектотермія vs. ендотермія. Журнал еволюційної біології, 21, 324–329.
4. Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. Уникнення та терпимість замерзання у ектотермічних хребетних. Журнал експериментальної біології, 216, 1961–1967.
5. Девід К. Кернс, ДК, Гастон, Дж. Дж., Гюттманн, Ф. 2008. Ендотермія, ектотермія та глобальна структура спільнот морських хребетних. Серія «Прогрес морської екології», 356, 239–250.
6. Діксон, К.А., Грем, Дж. Б. 2004. Еволюція та наслідки ендотермії у риб. Фізіологічна та біохімічна зоологія, 77, 998-1018.
7. Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. Синтез та переробка антифризу з глікопротеїнів у полярних риб. Антарктична наука, 24, 259-268.
8. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Фізіологія тварин. Сінауер, Сандерленд.
9. Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. Терморегуляція гнізд у соціальних комах. Успіхи у фізіології комах, 33, 153–191.
10. Кей, І. 1998. Вступ до фізіології тварин. Біос, Оксфорд.
11. Кірні, М. 2002. Гарячі скелі та надто гарячі гірські породи: сезонні закономірності вибору місця відступу за допомогою нічного ектотерму. Журнал теплової біології, 27, 205–218.
12. Moyes, CD, Schulte, PM 2014. Принципи фізіології тварин. Пірсон, Ессекс.
13. Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. Життя хребетних. Пірсон, Бостон.
14. Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. Роль шишкоподібного тіла в терморегуляції ектотермів. Американський зоолог, 19, 273–293.
15. Ramløv, H. 2000. Аспекти природної толерантності до холоду у ектотермічних тварин. Репродукція людини, 15, 26–46.
16. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Фізіологія тварин: механізми та пристосування. McGraw-Hill, Мадрид.
17. Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. Глибоке переохолодження, вітрифікація та обмежене виживання до Аляскинського жука Cucujus личинки clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae). Журнал експериментальної біології, 213, 502–509.
18. Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. Фізіологія тварин: від генів до організмів. Брукс / Коул, Белмонт.
19. Вілмер, П., Стоун, Г., Джонстон, І. 2005. Фізіологія навколишнього середовища тварин. Блеквелл, Мальден.