Categories
Окружающая среда

Теплые и хладнокровные животные: в чем разница?

Организмы подразделяются на две широкие категории теплокровных животных и холоднокровных животных на основании их способности регулировать температуру своего тела по отношению к окружающей температуре. Теплые кровные животные – это в основном млекопитающие и птицы, поскольку они поддерживают относительно постоянную температуру тела. У большинства птиц средняя температура тела составляет 105 градусов по Фаренгейту, в то время как температура тела у большинства млекопитающих колеблется между 97 и 103 градусами по Фаренгейту. У людей средняя температура тела составляет 98,6 градусов по Фаренгейту, хотя у разных людей температура может варьироваться. С другой стороны, хладнокровные животные не способны поддерживать постоянную температуру тела. Они полагаются в основном на внешнюю среду для нагрева, что означает, что температура их тела колеблется в зависимости от внешних температур. Например, если температура окружающей среды составляет 45 градусов по Фаренгейту, температура их тела будет постепенно снижаться до 45 градусов по Фаренгейту, а когда внешняя температура поднимается до 90 градусов по Фаренгейту, температура их тела также будет постепенно увеличиваться до 90 градусов по Фаренгейту.

Имея дело с теплом и температурой

Животным приходится иметь дело с различной динамикой природы. Их тела должны бороться с температурой (случайное движение внутри объекта) и теплом (передача энергии другому объекту). Помимо внешнего воздействия, температура тела также зависит от количества тепла, которое оно может производить в результате обмена веществ, которое является суммой всех химических реакций в организме. Например, человеческая клетка использует около 25% энергии, выделяющейся после расщепления углеводов, белков и жиров. Оставшиеся 75% выделяются в виде тепла в организме. Помимо обмена веществ, температура тела также зависит от количества тепла, которое оно теряет или получает от окружающей среды. Например, греясь на солнце на тропическом острове, вы увеличиваете жару, а сидя в тундре почти без одежды, приведет к значительной потере тепла.

Теплокровные животные

Большинство млекопитающих и птиц регулируют температуру ядра до уровня, который выше, чем у окружающей среды, или, в некоторых случаях, ниже внешней температуры. Это достигается за счет клеточного дыхания и выделения тепла через их метаболизм, потоотделение, изменение кровотока в коже, дрожь, одышка и расщепление жира для выделения тепла. Благодаря таким механизмам животные могут контролировать температуру своего тела изнутри. Такие организмы, следовательно, также известны как эндотермы (эндо означает в пределах + термо означает тепло). Их способность поддерживать относительно стабильную температуру тела также означает, что их также можно назвать гомеотермами (гомео означает то же самое + термино означает тепло). Для достижения этого типа терморегуляции требуется повышенная потребность в энергии. Таким образом, такие организмы имеют высокий уровень метаболизма в покое, который называется тахиметаболизмом (тахи означает быстрое + метаболизм означает изменение). В целом, млекопитающие и птицы, которые являются эндотермами и гомеотермами и имеют тахиметаболизм, называются теплокровными животными.

Регулирование тепла у людей

Люди теплокровны, и температура ядра нашего тела установлена ​​между 97 градусами F и 99 градусами F по гипоталамусу. Подобно другим животным с теплокровным телом, человеческие тела должны контролировать внутреннюю температуру тела, чтобы она не оказывала неблагоприятного влияния на функционирование ферментов и целостность клеточных структур. Функция щитовидной железы также способствует повышению температуры тела, устанавливая BMR (скорость основного обмена), то есть количество тепла, которое организм вырабатывает в состоянии покоя. Гипоталамус получает информацию от центральных терморецепторов и поддерживает температуру на заданном уровне. Это делается с помощью различных непроизвольных действий, таких как потоотделение и дрожь. Температуру тела также можно контролировать с помощью добровольных действий, таких как сброс или надевание большего количества одежды.

Хладнокровные животные

Большинство рептилий, амфибий, рыб и насекомых не могут поддерживать температуру своего тела изнутри. Поэтому они зависят от температуры окружающей среды. Таким образом, такие организмы известны как экзотермы (экто означает снаружи + термо означает тепло). Температура их сердцевины также значительно варьируется, что означает, что они являются пойкилотермами (пойкило, что означает «изменено» + «термо» означает тепло). Из-за своей природы таким животным не требуется выделять столько тепла, сколько теплокровным животным. Эти животные, как правило, имеют более низкую скорость метаболизма в состоянии покоя, которая также известна как брадиметаболизм (Брэди означает «медленный + метаболизм», означающий изменение). В общем, рептилии, рыбы, амфибии и насекомые, которые являются экзотермами и пойкилотермами и имеют брадиметаболизм, известны как хладнокровные животные.

Преимущества и недостатки

Существуют различные недостатки и преимущества, связанные как с теплокровными, так и с хладнокровными организмами. Например, эффективность клеточных химических реакций зависит от внутренней температуры организма. По этой причине теплокровные животные, как правило, способны лучше защищать себя и быстрее добывать пищу в областях с более широкими температурными диапазонами по сравнению с хладнокровными животными. Теплые кровные животные также могут поддерживать сложные энергозависимые органы, такие как мозг млекопитающего. Недостатком является то, что теплокровным организмам приходится использовать большое количество энергии, получаемой из пищи, для тепла. Следовательно, теплокровные животные потребляют относительно большое количество пищи (обычно в пять-десять раз больше), чем хладнокровные животные. В этом отношении теплокровные животные сравнимы с газопоглощающими и неэффективными с точки зрения потребления энергии автомобилями из-за большого количества энергии, необходимой им для поддержания температуры внутри тела для обеспечения оптимальной работы органов. Животных с холодной кровью можно сравнить с энергоэффективными и экологичными автомобилями, которые в большей степени соответствуют окружающей среде, поскольку им требуется меньше энергии для поддержания оптимальной работы своих органов.

Использование терминов теплокровных и хладнокровных

Утверждалось, что термины «теплокровный» и «холоднокровный» вводят в заблуждение. Биологи используют другие контрастирующие термины, такие как гомеотерм и пойкилотерм или эндотерма и экзотерма, при описании термической физиологии организмов. Характеристики организмов, классифицированных по различным признакам, имеют тенденцию коррелировать. Например, большинство эктотерм являются пойкилотермами, а большинство эндотерм – гомеотермами. Есть, однако, исключения. Пустынные ящерицы являются экзотермическими, что означает, что они получают тепло от солнечного света, но также считаются поведенческими гомеотермами. Они поддерживают почти постоянную температуру активности, греясь утром, чтобы довести температуру ядра до уровня активности. В середине дня они ищут тень, чтобы избежать перегрева. Поэтому их можно назвать гомеотермическими экзотермами в течение дня. Ночью они являются пойкилотермическими экзотермами.

Колибри классифицируются как эндотермы. Для сохранения энергии в ночное время колибри переходят в состояние покоя и позволяют своим внутренним температурам падать. Таким образом, они могут быть классифицированы на пойкилотермические эндотермы ночью, в то время как днем ​​они гомеотермические. Термин хладнокровный вводит в заблуждение, поскольку, хотя насекомые, такие как бабочки и пчелы, являются пойкилотермическими, они могут генерировать тепло в своих летающих мышцах. Например, медоносная пчела с летающим дроном имеет температуру тела более 1300F, что значительно выше, чем средняя температура человеческого тела 98.60F. Дневные внутренние температуры ящериц пустыни выше, чем у млекопитающих, живущих в той же среде. Таким образом, было бы неуместно называть такие организмы хладнокровными, если мы рассмотрим строгую интерпретацию этого термина.

Эволюция теплокровных и хладнокровных животных

За эти годы ученые предложили различные теории, которые пытаются объяснить, почему эндотермы развивались относительно высокие и стабильные температуры тела. Они включают необходимость помогать физиологическим процессам, потребность животных поддерживать активность в течение более продолжительных периодов, и потому что это позволяет некоторым животным заботиться о раннем потомстве. Такие теории, однако, не получили сильной поддержки в научном сообществе. В то время как различные теории имеют некоторую правду, некоторые эксперты утверждают, что вероятная причина была чем-то, что значительно повлияло на их шансы на выживание и размножение. В противном случае черты эндотермии были бы слишком дорогостоящими в качестве стратегии и поэтому не были бы одобрены во время естественного отбора. Утверждение спорно. Более популярная теория предполагает, что патогены, возможно, способствовали эволюции теплокровных животных. Ученые в пользу этой гипотезы считают, что способность поддерживать высокую внутреннюю температуру позволила бы животным быстро реагировать на лихорадку при проникновении патогенных микроорганизмов по сравнению с хладнокровными животными. Хладнокровные организмы должны полагаться на внешние источники тепла для получения температуры, подобной температуре. Это означает, что хладнокровным животным придется искать идеальный микроклимат, чтобы вызвать лихорадку; они также будут бороться за спаривание и корм и подвергаться воздействию хищников. Теория возникла в результате недавних открытий в таких областях, как физиология животных и иммунология. Ученые, однако, соглашаются, что строгие тесты, эксперименты и сбор данных должны быть выполнены, чтобы укрепить гипотезу. Например, теория также предполагает, что виды, которые поддерживают наиболее стабильную и самую теплую температуру, должны также испытывать более высокую частоту возникновения вирулентных патогенов или вспышек заболеваний. Это еще предстоит подтвердить.

Критика теорий об эволюции теплокровных животных

В то время как научные теории предполагают, что теплокровные животные произошли от холоднокровных животных, мало что было сказано об эволюционном развитии и о том, как могли бы выглядеть жизнеспособные переходы между ними. Некоторые эксперты считают, что, учитывая то, что требуется для выживания в рамках законов природы, теории, предложенные биологами-эволюционистами, слишком упрощены.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *