Ang pagkakaiba-iba ng buhay sa ating planeta ay kapansin-pansin sa laki nito. Ang mga kamakailang pag-aaral ng mga siyentipiko ng Canada ay nagbibigay ng isang pigura ng 8.7 milyong species ng mga hayop, halaman, fungi at microorganism na naninirahan sa ating planeta. Bukod dito, halos 20% lamang sa kanila ang inilarawan, at ito ay 1.5 milyong species na kilala sa amin. Ang mga buhay na organismo ay naninirahan sa lahat ng ekolohikal na lugar sa planeta. Walang lugar sa loob ng biosphere kung saan walang buhay. Sa mga lagusan ng mga bulkan at sa tuktok ng Everest - saanman matatagpuan natin ang buhay sa iba't ibang mga pagpapakita nito. At, walang alinlangan, ang kalikasan ay may utang sa gayong pagkakaiba-iba at pamamahagi sa hitsura sa proseso ng ebolusyon ng phenomenon ng warm-bloodedness (homeothermic organisms).
Ang hangganan ng buhay ay temperatura
Ang batayan ng buhay ay ang metabolismo ng katawan, na nakasalalay sa bilis at kalikasan ng mga prosesong kemikal. PEROang mga reaksiyong kemikal na ito ay posible lamang sa isang tiyak na hanay ng temperatura, na may sariling mga tagapagpahiwatig at tagal ng pagkakalantad. Para sa mas malaking bilang ng mga organismo, ang mga tagapagpahiwatig ng hangganan ng rehimen ng temperatura ng kapaligiran ay itinuturing na mula 0 hanggang +50 degrees Celsius.
Ngunit isa itong haka-haka na konklusyon. Mas tumpak na sabihin na ang mga limitasyon ng temperatura ng buhay ay ang mga kung saan walang denaturation ng mga protina, pati na rin ang hindi maibabalik na mga pagbabago sa mga colloidal na katangian ng cytoplasm ng mga cell, isang paglabag sa aktibidad ng mga mahahalagang enzyme. At maraming mga organismo ang nag-evolve ng napaka-espesyalisadong mga enzymatic system na nagbigay-daan sa kanila na mamuhay sa mga kondisyong lampas sa mga limitasyong ito.
Pag-uuri ng kapaligiran
Ang mga hangganan ng pinakamainam na temperatura ng buhay ay tumutukoy sa paghahati ng mga anyo ng buhay sa planeta sa dalawang grupo - mga cryophile at thermophile. Ang unang grupo ay mas pinipili ang malamig para sa buhay at dalubhasa para sa buhay sa ganitong mga kondisyon. Mahigit sa 80% ng biosphere ng planeta ay mga malamig na rehiyon na may average na temperatura na +5 °C. Ito ang kalaliman ng mga karagatan, ang mga disyerto ng Arctic at Antarctic, ang tundra at kabundukan. Ang tumaas na panlaban sa malamig ay ibinibigay ng mga biochemical adaptation.
Ang enzymatic system ng cryophiles ay epektibong nagpapababa sa activation energy ng mga biological molecule at nagpapanatili ng metabolismo sa cell sa temperaturang malapit sa 0 °C. Kasabay nito, ang mga adaptasyon ay napupunta sa dalawang direksyon - sa pagkuha ng paglaban (pagsalungat) o pagpapaubaya (paglaban) sa malamig. Ang ekolohikal na pangkat ng mga thermophile ay mga organismo na pinakamainam para sana ang buhay ay mga lugar na may mataas na temperatura. Ang kanilang aktibidad sa buhay ay ibinibigay din ng espesyalisasyon ng biochemical adaptations. Dapat banggitin na sa komplikasyon ng organisasyon ng katawan, bumababa ang kakayahan nitong mag-thermophilia.
Temperatura ng katawan
Ang balanse ng init sa isang buhay na sistema ay ang kabuuan ng pagpasok at paglabas nito. Ang temperatura ng katawan ng mga organismo ay nakasalalay sa temperatura ng kapaligiran (exogenous heat). Bilang karagdagan, ang isang obligadong katangian ng buhay ay endogenous na init - isang produkto ng panloob na metabolismo (mga proseso ng oxidative at ang pagkasira ng adenosine triphosphoric acid). Ang mahahalagang aktibidad ng karamihan sa mga species sa ating planeta ay nakasalalay sa exogenous na init, at ang temperatura ng kanilang katawan ay nakasalalay sa kurso ng mga temperatura sa paligid. Ito ay mga poikilothermic na organismo (poikilos - iba't-ibang), kung saan ang temperatura ng katawan ay nagbabago.
Ang
Poikilotherms ay lahat ng microorganism, fungi, halaman, invertebrates at karamihan sa mga chordates. At dalawang grupo lamang ng mga vertebrates - mga ibon at mammal - ang mga homoiothermic na organismo (homoios - magkatulad). Pinapanatili nila ang isang pare-parehong temperatura ng katawan, anuman ang temperatura sa paligid. Tinatawag din silang mga hayop na mainit ang dugo. Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang pagkakaroon ng isang malakas na daloy ng panloob na init at isang sistema ng mga mekanismo ng thermoregulatory. Bilang resulta, sa mga homoiothermic na organismo, ang lahat ng prosesong pisyolohikal ay isinasagawa sa pinakamainam at pare-parehong temperatura.
Tama at Mali
Ilang poikilothermsang mga organismo tulad ng isda at echinoderms ay mayroon ding pare-parehong temperatura ng katawan. Nakatira sila sa mga kondisyon ng pare-pareho ang panlabas na temperatura (ang kalaliman ng karagatan o mga kuweba), kung saan ang temperatura ng kapaligiran ay hindi nagbabago. Sila ay tinatawag na maling homoiothermic na mga organismo. Maraming mga hayop na nakakaranas ng hibernation o pansamantalang torpor ay may pabagu-bagong temperatura ng katawan. Ang mga tunay na homoiothermic na organismo na ito (mga halimbawa: marmot, paniki, hedgehog, swift, at iba pa) ay tinatawag na heterothermal.
Mahal na aromorphosis
Ang hitsura ng homoiothermia sa mga nabubuhay na nilalang ay isang napakaubos ng enerhiya na evolutionary acquisition. Nagtatalo pa rin ang mga iskolar tungkol sa pinagmulan ng progresibong pagbabagong ito sa istruktura, na humantong sa pagtaas ng antas ng organisasyon. Maraming mga teorya ang iminungkahi para sa pinagmulan ng mga organismo na may mainit na dugo. Ang ilang mga mananaliksik ay umamin na kahit na ang mga dinosaur ay maaaring magkaroon ng tampok na ito. Ngunit sa lahat ng mga hindi pagkakasundo ng mga siyentipiko, isang bagay ang sigurado: ang hitsura ng mga homoiothermic na organismo ay isang bioenergetic phenomenon. At ang komplikasyon ng mga anyo ng buhay ay nauugnay sa functional na pagpapabuti ng mga mekanismo ng paglipat ng init.
Kabayaran sa temperatura
Ang kakayahan ng ilang poikilothermic na organismo na mapanatili ang isang pare-parehong antas ng mga metabolic na proseso sa malawak na hanay ng mga pagbabago sa temperatura ng katawan ay ibinibigay ng biochemical adaptations at tinatawag na temperature compensation. Ito ay batay sa kakayahan ng ilang mga enzyme na baguhin ang kanilang pagsasaayos sa pagbaba ng temperatura at dagdagan ang kanilang pagkakaugnay sa substrate, na nagpapataas ng rate ng mga reaksyon. Halimbawa, sa bivalves musselsSa Dagat ng Barents, hindi nakadepende ang pagkonsumo ng oxygen sa mga temperatura sa paligid, na mula 25 °C (+5 hanggang +30 °C).
Mga intermediate na form
Nakahanap ang mga evolutionary biologist ng parehong mga kinatawan ng transitional forms mula sa poikilothermic hanggang sa warm-blooded mammals. Natuklasan ng mga biologist ng Canada mula sa Brock University ang pana-panahong mainit na dugo sa Argentine black-and-white tegu (Alvator merianae). Ang halos metrong butiki na ito ay nakatira sa South America. Tulad ng karamihan sa mga reptilya, ang tegu ay nagbabadya sa araw sa araw, at nagtatago sa mga lungga at kuweba sa gabi, kung saan ito lumalamig. Ngunit sa panahon ng pag-aanak mula Setyembre hanggang Oktubre, ang temperatura ng tegu, ang rate ng paghinga at ang ritmo ng mga contraction ng puso sa umaga ay tumataas nang husto. Ang temperatura ng katawan ng isang butiki ay maaaring lumampas sa temperatura sa isang kuweba ng sampung degree. Pinatunayan nito ang paglipat ng mga anyo mula sa mga hayop na may malamig na dugo patungo sa mga hayop na homoiothermic.
Mga mekanismo ng thermoregulation
Ang mga homoiothermic na organismo ay palaging gumagana upang matiyak ang operasyon ng mga pangunahing sistema - circulatory, respiratory, excretory - sa pamamagitan ng pagbuo ng isang minimum na produksyon ng init. Ang pinakamababang ito na ginawa sa pahinga ay tinatawag na basal metabolism. Ang paglipat sa aktibong estado sa mga hayop na may mainit na dugo ay nagpapataas ng produksyon ng init, at kailangan nila ng mga mekanismo upang mapataas ang paglipat ng init upang maiwasan ang denaturation ng protina.
Ang proseso ng pagkamit ng balanse sa pagitan ng mga prosesong ito ay ibinibigay ng kemikal at pisikal na thermoregulation. Ang mga mekanismong ito ay nagbibigay ng proteksyon ng mga homoiothermic na organismo mula sa mababang temperatura atsobrang init. Ang mga mekanismo para sa pagpapanatili ng pare-parehong temperatura ng katawan (kemikal at pisikal na thermoregulation) ay may iba't ibang pinagmumulan at napakaiba.
Chemical thermoregulation
Bilang tugon sa pagbaba ng temperatura sa kapaligiran, ang mga hayop na may mainit na dugo ay reflexively na nagpapataas ng produksyon ng endogenous heat. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng mga proseso ng oxidative, lalo na sa mga tisyu ng kalamnan. Ang uncoordinated na contraction ng kalamnan (panginginig) at thermoregulatory tone ay ang mga unang yugto ng pagtaas ng produksyon ng init. Kasabay nito, ang metabolismo ng lipid ay tumataas, at ang adipose tissue ay nagiging susi sa mas mahusay na thermoregulation. Ang mga mammal sa isang malamig na klima ay mayroon ding brown na taba, ang lahat ng init mula sa oksihenasyon nito ay napupunta sa pagpapainit ng katawan. Ang paggasta ng enerhiya na ito ay nangangailangan ng hayop na kumonsumo ng isang malaking halaga ng pagkain o magkaroon ng malaking reserbang taba. Sa kakulangan ng mga mapagkukunang ito, may mga limitasyon ang chemical thermoregulation.
Mga mekanismo ng pisikal na thermoregulation
Ang ganitong uri ng thermoregulation ay hindi nangangailangan ng mga karagdagang gastos para sa pagbuo ng init, ngunit isinasagawa sa pamamagitan ng pag-iingat ng endogenous heat. Ito ay isinasagawa sa pamamagitan ng evaporation (pagpapawis), radiation (radiation), heat conduction (conduction) at convection ng balat. Ang mga paraan ng pisikal na thermoregulation ay nabuo sa kurso ng ebolusyon at nagiging mas perpekto kapag pinag-aaralan ang phylogenetic series mula sa mga insectivore at paniki hanggang sa mga mammal.
Ang isang halimbawa ng naturang regulasyon ay ang pagpapaliit o pagpapalawak ng mga capillary ng dugo ng balat, na nagbabago.thermal conductivity, heat-insulating properties ng fur at feathers, countercurrent heat exchange of blood between superficial vessels and vessels of internal organs. Ang pag-alis ng init ay kinokontrol ng slope ng balahibo ng buhok at mga balahibo, kung saan pinananatili ang air gap.
Sa marine mammals, ang subcutaneous fat ay ipinamamahagi sa buong katawan, na nagpoprotekta sa endo-heat. Halimbawa, sa mga seal, ang naturang fat bag ay umabot ng hanggang 50% ng kabuuang timbang. Iyon ang dahilan kung bakit ang niyebe ay hindi natutunaw sa ilalim ng mga seal na nakahiga sa yelo nang maraming oras. Para sa mga hayop na naninirahan sa mainit na klima, ang pantay na pamamahagi ng taba ng katawan sa buong ibabaw ng katawan ay nakamamatay. Samakatuwid, ang kanilang taba ay naiipon lamang sa ilang bahagi ng katawan (ang umbok ng isang kamelyo, ang matabang buntot ng isang tupa), na hindi pumipigil sa pagsingaw mula sa buong ibabaw ng katawan. Bilang karagdagan, ang mga hayop sa hilagang malamig na klima ay may espesyal na adipose tissue (brown fat), na ganap na ginagamit para sa pagpainit ng katawan.
Higit pang timog - mas malalaking tainga at mas mahabang binti
Ang iba't ibang bahagi ng katawan ay malayo sa katumbas sa mga tuntunin ng paglipat ng init. Upang mapanatili ang paglipat ng init, ang ratio ng ibabaw ng katawan at ang dami nito ay mahalaga, dahil ang dami ng panloob na init ay nakasalalay sa masa ng katawan, at ang paglipat ng init ay nangyayari sa pamamagitan ng mga integument. Ang mga nakausli na bahagi ng katawan ay may malaking ibabaw, na mabuti para sa mainit na klima, kung saan ang mga hayop na may mainit na dugo ay nangangailangan ng maraming paglipat ng init. Halimbawa, ang malalaking tainga na may maraming daluyan ng dugo, mahabang paa at buntot ay tipikal para sa mga residente ng mainit na klima (elepante, fennec fox, Africanmahabang tainga na jerboa). Sa malamig na mga kondisyon, ang adaptasyon ay sumusunod sa landas ng pag-save ng lugar sa volume (mga tainga at buntot ng mga seal).
May isa pang batas para sa mainit-init na dugo ng mga hayop - ang higit pang hilaga na kinatawan ng isang phylogenetic na grupo ay nabubuhay, mas malaki sila. At ito ay konektado din sa ratio ng dami ng ibabaw ng evaporation, at, nang naaayon, pagkawala ng init, at ang masa ng hayop.
Ethology at heat transfer
Ang mga tampok sa pag-uugali ay may mahalagang papel din sa mga proseso ng paglipat ng init, kapwa para sa poikilothermic at homeothermic na mga hayop. Kabilang dito ang mga pagbabago sa postura, at ang pagtatayo ng mga silungan, at iba't ibang paglilipat. Kung mas malaki ang lalim ng butas, mas maayos ang kurso ng mga temperatura. Para sa mga mid-latitude, sa lalim na 1.5 metro, ang mga pana-panahong pagbabago sa temperatura ay hindi mahahalata.
Group behavior ay ginagamit din para sa thermoregulation. Kaya, ang mga penguin ay nagkukumpulan, mahigpit na nakakapit sa isa't isa. Sa loob ng tambak, ang temperatura ay malapit sa temperatura ng katawan ng mga penguin (+37 ° C) kahit na sa pinakamatinding frosts. Ganoon din ang ginagawa ng mga kamelyo - sa gitna ng grupo ang temperatura ay humigit-kumulang +39 °C, at ang balahibo ng mga pinakamababang hayop ay maaaring magpainit hanggang +70 °C.
Ang
Hibernation ay isang espesyal na diskarte
Ang
Torpid state (stupor) o hibernation ay mga espesyal na diskarte ng mga hayop na mainit ang dugo na nagbibigay-daan sa paggamit ng mga pagbabago sa temperatura ng katawan para sa mga layuning adaptive. Sa ganitong estado, ang mga hayop ay huminto sa pagpapanatili ng temperatura ng katawan at binabawasan ito sa halos zero. Ang hibernation ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbaba sa metabolic rate atpagkonsumo ng mga naipon na mapagkukunan. Isa itong well-regulated na physiological state, kapag lumipat ang thermoregulatory mechanism sa mas mababang antas - bumababa ang heart rate (halimbawa, sa dormouse mula 450 hanggang 35 beats kada minuto), bumababa ang pagkonsumo ng oxygen ng 20-100 beses.
Ang paggising ay nangangailangan ng enerhiya at nangyayari sa pamamagitan ng pag-init ng sarili, na hindi dapat ipagkamali sa pagkahilo ng mga hayop na malamig ang dugo, kung saan ito ay sanhi ng pagbaba ng temperatura sa paligid at isang estado na hindi kinokontrol ng katawan mismo (pagkagising nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na salik).
Ang
Stupor ay isa ring kinokontrol na estado, ngunit ang temperatura ng katawan ay bumababa lamang ng ilang degrees at kadalasang sinasabayan ng mga circadian rhythms. Halimbawa, ang mga hummingbird ay nagiging manhid sa gabi kapag ang temperatura ng kanilang katawan ay bumaba mula 40°C hanggang 18°C. Maraming mga transition sa pagitan ng torpor at hibernation. Kaya, kahit na tinatawag natin ang pagtulog ng mga oso sa hibernation ng taglamig, sa katunayan, ang kanilang metabolismo ay bahagyang bumababa, at ang temperatura ng kanilang katawan ay bumaba lamang ng 3-6 ° C. Sa ganitong estado nanganak ang she-bear ng mga anak.
Bakit kakaunti ang homoiothermic na organismo sa aquatic environment
Sa mga hydrobionts (mga organismong naninirahan sa kapaligiran ng tubig) ay kakaunti ang mga kinatawan ng mga hayop na mainit ang dugo. Ang mga balyena, dolphin, fur seal ay pangalawang aquatic na hayop na bumalik sa aquatic na kapaligiran mula sa lupa. Ang warm-bloodedness ay pangunahing nauugnay sa isang pagtaas sa mga proseso ng metabolic, ang batayan nito ay mga reaksyon ng oksihenasyon. At ang oxygen ay gumaganap ng isang pangunahing papel dito. At, tulad ng alam mo, sasa kapaligiran ng tubig, ang nilalaman ng oxygen ay hindi mas mataas sa 1% ayon sa dami. Ang diffusion ng oxygen sa tubig ay libu-libong beses na mas mababa kaysa sa hangin, na ginagawang mas hindi ito magagamit. Bilang karagdagan, sa pagtaas ng temperatura at pagpapayaman ng tubig na may mga organikong compound, bumababa ang nilalaman ng oxygen. Ang lahat ng ito ay gumagawa ng pagkakaroon ng malaking bilang ng mga organismo na may mainit na dugo sa kapaligiran ng tubig na masiglang hindi kanais-nais.
Mga kalamangan at kahinaan
Ang pangunahing bentahe ng mga hayop na may mainit na dugo kaysa sa mga may malamig na dugo ay ang kanilang pagpayag na kumilos anuman ang temperatura sa paligid. Isa itong pagkakataon upang mapaglabanan ang mga temperatura sa gabi na malapit sa pagyeyelo, at ang pag-unlad ng hilagang teritoryo ng lupain.
Ang pangunahing disbentaha ng warm-bloodedness ay ang mataas na pagkonsumo ng enerhiya upang mapanatili ang pare-parehong temperatura ng katawan. At ang pangunahing pinagmumulan nito ay pagkain. Ang isang mainit na dugong leon ay nangangailangan ng sampung beses na mas maraming pagkain kaysa sa isang malamig na dugong buwaya na may parehong timbang.
