Kepelbagaian hidupan di planet kita sangat ketara dalam skalanya. Kajian terbaru oleh saintis Kanada memberikan angka 8.7 juta spesies haiwan, tumbuhan, kulat dan mikroorganisma yang mendiami planet kita. Lebih-lebih lagi, hanya kira-kira 20% daripada mereka diterangkan, dan ini adalah 1.5 juta spesies yang kita ketahui. Organisma hidup telah mengisi semua ceruk ekologi di planet ini. Tidak ada tempat dalam biosfera di mana tidak akan ada kehidupan. Di lubang-lubang gunung berapi dan di puncak Everest - di mana-mana kita dapati kehidupan dalam pelbagai manifestasinya. Dan, sudah pasti, alam semula jadi berhutang kepelbagaian dan pengedaran sedemikian kepada penampilan dalam proses evolusi fenomena berdarah panas (organisma homeotermik).
Sempadan kehidupan ialah suhu
Asas kehidupan ialah metabolisme badan, yang bergantung kepada kelajuan dan sifat proses kimia. TAPItindak balas kimia ini hanya boleh dilakukan dalam julat suhu tertentu, dengan penunjuk dan tempoh pendedahannya sendiri. Untuk bilangan organisma yang lebih besar, penunjuk sempadan rejim suhu persekitaran dianggap dari 0 hingga +50 darjah Celsius.
Tetapi ini adalah kesimpulan spekulatif. Adalah lebih tepat untuk mengatakan bahawa had suhu hidup adalah yang tidak ada denaturasi protein, serta perubahan tidak dapat dipulihkan dalam ciri-ciri koloid sitoplasma sel, pelanggaran aktiviti enzim penting. Dan banyak organisma telah mengembangkan sistem enzimatik yang sangat khusus yang membolehkan mereka hidup dalam keadaan yang jauh melebihi had ini.
Klasifikasi alam sekitar
Sempadan suhu hidup optimum menentukan pembahagian bentuk hidupan di planet ini kepada dua kumpulan - kriofil dan termofil. Kumpulan pertama lebih suka sejuk untuk hidup dan khusus untuk hidup dalam keadaan sedemikian. Lebih daripada 80% biosfera planet adalah kawasan sejuk dengan suhu purata +5 °C. Ini adalah kedalaman lautan, padang pasir Artik dan Antartika, tundra dan tanah tinggi. Peningkatan rintangan sejuk disediakan oleh penyesuaian biokimia.
Sistem enzim kriofil secara berkesan merendahkan tenaga pengaktifan molekul biologi dan mengekalkan metabolisme dalam sel pada suhu hampir 0 °C. Pada masa yang sama, penyesuaian pergi ke dua arah - dalam pemerolehan rintangan (penentangan) atau toleransi (rintangan) kepada sejuk. Kumpulan ekologi termofil ialah organisma yang optimum untukyang hidupnya adalah kawasan bersuhu tinggi. Aktiviti hidup mereka juga disediakan oleh pengkhususan penyesuaian biokimia. Perlu dinyatakan bahawa dengan komplikasi penyusunan badan, keupayaannya untuk termofilia berkurangan.
Suhu badan
Imbangan haba dalam sistem hidup ialah keseluruhan aliran masuk dan keluarnya. Suhu badan organisma bergantung kepada suhu persekitaran (haba eksogen). Di samping itu, sifat wajib kehidupan adalah haba endogen - produk metabolisme dalaman (proses oksidatif dan pemecahan asid trifosforik adenosin). Aktiviti penting kebanyakan spesies di planet kita bergantung pada haba eksogen, dan suhu badan mereka bergantung pada perjalanan suhu ambien. Ini ialah organisma poikilotermik (poikilos - pelbagai), di mana suhu badan berubah-ubah.
Poikiloterma ialah semua mikroorganisma, kulat, tumbuhan, invertebrata dan kebanyakan chordata. Dan hanya dua kumpulan vertebrata - burung dan mamalia - adalah organisma homoiotermik (homoios - serupa). Mereka mengekalkan suhu badan yang tetap, tanpa mengira suhu ambien. Mereka juga dipanggil haiwan berdarah panas. Perbezaan utama mereka ialah kehadiran aliran haba dalaman yang kuat dan sistem mekanisme termoregulasi. Akibatnya, dalam organisma homoiotermik, semua proses fisiologi dijalankan pada suhu optimum dan malar.
Benar dan Salah
Sesetengah poikilotermaorganisma seperti ikan dan echinoderms juga mempunyai suhu badan yang tetap. Mereka hidup dalam keadaan suhu luaran yang berterusan (kedalaman lautan atau gua), di mana suhu ambien tidak berubah. Mereka dipanggil organisma homoiotermik palsu. Banyak haiwan yang mengalami hibernasi atau kelesuan sementara mempunyai suhu badan yang berubah-ubah. Organisma homoiotermik ini (contoh: marmot, kelawar, landak, burung walit dan lain-lain) dipanggil heteroterma.
Aromorphosis yang dihormati
Kemunculan homoiothermia dalam makhluk hidup adalah pemerolehan evolusi yang sangat memakan tenaga. Ulama masih berhujah tentang asal usul perubahan struktur yang progresif ini, yang membawa kepada peningkatan tahap organisasi. Banyak teori telah dicadangkan untuk asal usul organisma berdarah panas. Sesetengah penyelidik mengakui bahawa walaupun dinosaur boleh mempunyai ciri ini. Tetapi dengan semua perselisihan pendapat para saintis, satu perkara yang pasti: penampilan organisma homoiotermik adalah fenomena bioenergetik. Dan komplikasi bentuk hidupan dikaitkan dengan peningkatan fungsi mekanisme pemindahan haba.
Pampasan suhu
Keupayaan sesetengah organisma poikilotermik untuk mengekalkan tahap proses metabolik yang berterusan dalam pelbagai perubahan suhu badan disediakan oleh penyesuaian biokimia dan dipanggil pampasan suhu. Ia berdasarkan keupayaan beberapa enzim untuk menukar konfigurasinya dengan penurunan suhu dan meningkatkan pertalian mereka dengan substrat, meningkatkan kadar tindak balas. Contohnya, dalam kerang bivalvesDi Laut Barents, penggunaan oksigen tidak bergantung pada suhu ambien, yang berjulat dari 25 °C (+5 hingga +30 °C).
Borang perantaraan
Ahli biologi evolusi telah menemui wakil bentuk peralihan yang sama daripada mamalia poikilotermik kepada berdarah panas. Ahli biologi Kanada dari Universiti Brock telah menemui berdarah panas bermusim dalam tegu hitam-putih Argentina (Alvator merianae). Cicak hampir meter ini tinggal di Amerika Selatan. Seperti kebanyakan reptilia, tegu berjemur di bawah sinar matahari pada waktu siang, dan bersembunyi di dalam liang dan gua pada waktu malam, di mana ia menjadi sejuk. Tetapi semasa musim pembiakan dari September hingga Oktober, suhu tegu, kadar pernafasan dan irama pengecutan jantung pada waktu pagi meningkat dengan mendadak. Suhu badan cicak boleh melebihi suhu di dalam gua sebanyak sepuluh darjah. Ini membuktikan peralihan bentuk daripada haiwan berdarah sejuk kepada haiwan homoiotermik.
Mekanisme termoregulasi
organisma homoiotermik sentiasa bekerja untuk memastikan operasi sistem utama - peredaran darah, pernafasan, perkumuhan - dengan menjana pengeluaran haba minimum. Minimum ini dihasilkan semasa rehat dipanggil metabolisme basal. Peralihan kepada keadaan aktif dalam haiwan berdarah panas meningkatkan pengeluaran haba, dan mereka memerlukan mekanisme untuk meningkatkan pemindahan haba untuk mengelakkan denaturasi protein.
Proses mencapai keseimbangan antara proses ini disediakan oleh termoregulasi kimia dan fizikal. Mekanisme ini menyediakan perlindungan organisma homoiotermik daripada suhu rendah danterlalu panas. Mekanisme untuk mengekalkan suhu badan yang malar (termoregulasi kimia dan fizikal) mempunyai sumber yang berbeza dan sangat pelbagai.
Termoregulasi kimia
Sebagai tindak balas kepada penurunan suhu persekitaran, haiwan berdarah panas secara refleks meningkatkan pengeluaran haba endogen. Ini dicapai dengan meningkatkan proses oksidatif, terutamanya dalam tisu otot. Penguncupan otot yang tidak selaras (menggeletar) dan nada termoregulasi adalah peringkat pertama peningkatan pengeluaran haba. Pada masa yang sama, metabolisme lipid meningkat, dan tisu adiposa menjadi kunci kepada termoregulasi yang lebih baik. Mamalia dalam iklim sejuk walaupun mempunyai lemak perang, semua haba daripada pengoksidaan yang pergi untuk memanaskan badan. Perbelanjaan tenaga ini memerlukan haiwan itu sama ada mengambil sejumlah besar makanan atau mempunyai rizab lemak yang banyak. Dengan kekurangan sumber ini, termoregulasi kimia mempunyai hadnya.
Mekanisme termoregulasi fizikal
Jenis termoregulasi ini tidak memerlukan kos tambahan untuk penjanaan haba, tetapi dijalankan dengan memelihara haba endogen. Ia dijalankan secara penyejatan (berpeluh), sinaran (radiasi), pengaliran haba (konduksi) dan perolakan kulit. Kaedah termoregulasi fizikal telah berkembang dalam perjalanan evolusi dan menjadi semakin sempurna apabila mengkaji siri filogenetik daripada insektivor dan kelawar kepada mamalia.
Contoh peraturan sedemikian ialah penyempitan atau pengembangan kapilari darah kulit, yang berubahkekonduksian haba, sifat penebat haba bulu dan bulu, pertukaran haba berlawanan darah antara saluran dangkal dan saluran organ dalaman. Pelesapan haba dikawal oleh kecerunan bulu dan bulu, di antaranya terdapat jurang udara yang dikekalkan.
Dalam mamalia marin, lemak subkutan diedarkan ke seluruh badan, melindungi haba endo. Sebagai contoh, dalam anjing laut, beg lemak sedemikian mencapai sehingga 50% daripada jumlah berat. Itulah sebabnya salji tidak mencair di bawah anjing laut yang terletak di atas ais selama berjam-jam. Bagi haiwan yang hidup di kawasan beriklim panas, pengagihan lemak badan yang sekata pada seluruh permukaan badan akan membawa maut. Oleh itu, lemak mereka terkumpul hanya di bahagian tertentu badan (punuk unta, ekor gemuk biri-biri), yang tidak menghalang penyejatan dari seluruh permukaan badan. Selain itu, haiwan di iklim sejuk utara mempunyai tisu adiposa khas (lemak coklat), yang digunakan sepenuhnya untuk memanaskan badan.
Lebih selatan - telinga lebih besar dan kaki lebih panjang
Bahagian badan yang berbeza adalah jauh daripada setara dari segi pemindahan haba. Untuk mengekalkan pemindahan haba, nisbah permukaan badan dan isipadunya adalah penting, kerana isipadu haba dalaman bergantung kepada jisim badan, dan pemindahan haba berlaku melalui integumen. Bahagian badan yang menonjol mempunyai permukaan yang besar, yang baik untuk iklim panas, di mana haiwan berdarah panas memerlukan banyak pemindahan haba. Sebagai contoh, telinga besar dengan banyak saluran darah, anggota badan yang panjang dan ekor adalah tipikal bagi penduduk yang beriklim panas (gajah, musang fennec, Afrika).jerboa bertelinga panjang). Dalam keadaan sejuk, penyesuaian mengikut laluan kawasan penjimatan kepada kelantangan (telinga dan ekor anjing laut).
Terdapat undang-undang lain untuk haiwan berdarah panas - semakin jauh wakil utara satu kumpulan filogenetik hidup, semakin besar mereka. Dan ini juga disambungkan dengan nisbah isipadu permukaan penyejatan, dan, oleh itu, kehilangan haba, dan jisim haiwan itu.
Etologi dan pemindahan haba
Ciri tingkah laku juga memainkan peranan penting dalam proses pemindahan haba, baik untuk haiwan poikilotermik dan homeotermik. Ini termasuk perubahan postur, dan pembinaan tempat perlindungan, dan pelbagai migrasi. Semakin besar kedalaman lubang, semakin lancar perjalanan suhu. Untuk latitud pertengahan, pada kedalaman 1.5 meter, turun naik suhu bermusim tidak dapat dilihat.
Tingkah laku kumpulan juga digunakan untuk termoregulasi. Jadi, penguin berkumpul bersama, berpaut erat antara satu sama lain. Di dalam timbunan, suhu hampir dengan suhu badan penguin (+37 ° C) walaupun dalam fros yang paling teruk. Unta melakukan perkara yang sama - di tengah-tengah kumpulan suhu adalah kira-kira +39 °C, dan bulu haiwan paling luar boleh dipanaskan sehingga +70 °C.
Hibernasi ialah strategi istimewa
Keadaan Torpid (stupor) atau hibernasi ialah strategi khas haiwan berdarah panas yang membenarkan penggunaan perubahan suhu badan untuk tujuan penyesuaian. Dalam keadaan ini, haiwan berhenti mengekalkan suhu badan dan mengurangkannya kepada hampir sifar. Hibernasi dicirikan oleh penurunan kadar metabolisme danpenggunaan sumber terkumpul. Ini adalah keadaan fisiologi yang dikawal dengan baik, apabila mekanisme termoregulasi bertukar ke tahap yang lebih rendah - kadar denyutan jantung menurun (contohnya, dalam dormouse daripada 450 hingga 35 denyutan seminit), penggunaan oksigen berkurangan sebanyak 20-100 kali ganda.
Kebangkitan memerlukan tenaga dan berlaku dengan memanaskan diri, yang tidak boleh dikelirukan dengan pingsan haiwan berdarah sejuk, di mana ia disebabkan oleh penurunan suhu persekitaran dan merupakan keadaan yang tidak dikawal oleh badan itu sendiri (kebangunan). berlaku di bawah pengaruh faktor luaran).
Stupor juga merupakan keadaan terkawal, tetapi suhu badan turun hanya beberapa darjah dan selalunya mengiringi irama sirkadian. Contohnya, burung kolibri menjadi kebas pada waktu malam apabila suhu badannya turun dari 40°C kepada 18°C. Terdapat banyak peralihan antara kelesuan dan hibernasi. Jadi, walaupun kita memanggil tidur beruang dalam hibernasi musim sejuk, sebenarnya, metabolisme mereka berkurangan sedikit, dan suhu badan mereka turun hanya 3-6 ° C. Dalam keadaan inilah beruang betina melahirkan anak.
Mengapa terdapat sedikit organisma homoiotermik dalam persekitaran akuatik
Di antara hidrobion (organisma yang hidup dalam persekitaran akuatik) terdapat beberapa wakil haiwan berdarah panas. Paus, ikan lumba-lumba, anjing laut bulu adalah haiwan akuatik sekunder yang telah kembali ke persekitaran akuatik dari darat. Darah panas dikaitkan terutamanya dengan peningkatan dalam proses metabolik, asasnya adalah tindak balas pengoksidaan. Dan oksigen memainkan peranan utama di sini. Dan, seperti yang anda tahu, dalamdalam persekitaran akuatik, kandungan oksigen tidak lebih tinggi daripada 1% mengikut isipadu. Peresapan oksigen dalam air adalah beribu-ribu kali kurang daripada di udara, yang menjadikannya lebih kurang tersedia. Di samping itu, dengan peningkatan suhu dan pengayaan air dengan sebatian organik, kandungan oksigen berkurangan. Semua ini menjadikan kewujudan sebilangan besar organisma berdarah panas dalam persekitaran akuatik secara bertenaga tidak menguntungkan.
Kebaikan dan keburukan
Kelebihan utama haiwan berdarah panas berbanding haiwan berdarah sejuk ialah kesediaan mereka untuk bertindak tanpa mengira suhu persekitaran. Ini adalah peluang untuk menahan suhu malam yang hampir membeku, dan pembangunan wilayah utara tanah itu.
Kelemahan utama berdarah panas ialah penggunaan tenaga yang tinggi untuk mengekalkan suhu badan yang malar. Dan sumber utama untuk ini adalah makanan. Singa berdarah panas memerlukan makanan sepuluh kali lebih banyak daripada buaya berdarah sejuk dengan berat yang sama.
