Anuwai ya viumbe kwenye sayari yetu inashangaza katika kiwango chake. Uchunguzi wa hivi karibuni wa wanasayansi wa Kanada unatoa takwimu ya aina milioni 8.7 za wanyama, mimea, kuvu na microorganisms wanaoishi kwenye sayari yetu. Kwa kuongezea, ni karibu 20% tu yao ndio wameelezewa, na hii ni spishi milioni 1.5 zinazojulikana kwetu. Viumbe hai vimejaza maeneo yote ya kiikolojia kwenye sayari. Hakuna mahali ndani ya biosphere ambapo hakungekuwa na uhai. Katika matundu ya volkano na kilele cha Everest - kila mahali tunapata maisha katika udhihirisho wake mbalimbali. Na, bila shaka, asili inadaiwa utofauti na usambazaji huo kwa kuonekana katika mchakato wa mageuzi ya uzushi wa damu-joto (viumbe vya homeothermic).
Mpaka wa maisha ni halijoto
Msingi wa maisha ni kimetaboliki ya mwili, ambayo inategemea kasi na asili ya michakato ya kemikali. LAKINIathari hizi za kemikali zinawezekana tu katika aina fulani ya joto, na viashiria vyao wenyewe na muda wa mfiduo. Kwa idadi kubwa ya viumbe, viashiria vya mipaka ya utawala wa joto wa mazingira huchukuliwa kuwa kutoka digrii 0 hadi +50 Celsius.
Lakini hili ni hitimisho la kubahatisha. Itakuwa sahihi zaidi kusema kwamba mipaka ya joto ya maisha itakuwa wale ambao hakuna denaturation ya protini, pamoja na mabadiliko Malena katika sifa colloidal ya cytoplasm ya seli, ukiukaji wa shughuli ya Enzymes muhimu. Na viumbe vingi vimeunda mifumo maalum ya enzymatic ambayo imewaruhusu kuishi katika hali zaidi ya mipaka hii.
Uainishaji wa mazingira
Mipaka ya halijoto bora zaidi ya maisha huamua mgawanyiko wa viumbe hai kwenye sayari katika makundi mawili - cryophiles na thermophiles. Kundi la kwanza linapendelea baridi kwa maisha na ni maalum kwa maisha katika hali kama hizo. Zaidi ya 80% ya biosphere ya sayari ni maeneo ya baridi yenye wastani wa joto la +5 °C. Hizi ni kina cha bahari, jangwa la Arctic na Antarctic, tundra na nyanda za juu. Kuongezeka kwa upinzani wa baridi hutolewa na urekebishaji wa kemikali ya kibayolojia.
Mfumo wa enzymatic wa cryophiles kwa ufanisi hupunguza nishati ya kuwezesha molekuli za kibayolojia na kudumisha kimetaboliki katika seli kwenye joto linalokaribia 0 °C. Wakati huo huo, marekebisho huenda kwa njia mbili - katika upatikanaji wa upinzani (upinzani) au uvumilivu (upinzani) kwa baridi. Kundi la kiikolojia la thermophiles ni viumbe ambavyo ni bora kwaambao maisha yao ni maeneo ya joto la juu. Shughuli yao ya maisha pia hutolewa na utaalam wa marekebisho ya biochemical. Inafaa kutaja kuwa pamoja na ugumu wa mpangilio wa mwili, uwezo wake wa thermophilia hupungua.
joto la mwili
Mizani ya joto katika mfumo wa kuishi ni jumla ya uingiaji na utokaji wake. Joto la mwili wa viumbe hutegemea joto la kawaida (joto la nje). Kwa kuongeza, sifa ya lazima ya maisha ni joto la asili - bidhaa ya kimetaboliki ya ndani (michakato ya oxidative na kuvunjika kwa adenosine triphosphoric acid). Shughuli muhimu ya spishi nyingi kwenye sayari yetu inategemea joto la nje, na joto la mwili wao hutegemea mwendo wa halijoto iliyoko. Hizi ni viumbe vya poikilothermic (poikilos - mbalimbali), ambapo joto la mwili hubadilika.
Poikilothermu zote ni vijidudu, kuvu, mimea, wanyama wasio na uti wa mgongo na kordate nyingi. Na vikundi viwili tu vya wanyama wenye uti wa mgongo - ndege na mamalia - ni viumbe vya homoiothermic (homoios - sawa). Wanadumisha joto la kawaida la mwili, bila kujali hali ya joto iliyoko. Pia huitwa wanyama wenye damu ya joto. Tofauti yao kuu ni kuwepo kwa mtiririko wa nguvu wa joto la ndani na mfumo wa taratibu za thermoregulatory. Kwa hivyo, katika viumbe hai vyenye jotoardhi, michakato yote ya kisaikolojia hufanyika kwa halijoto bora na isiyobadilika.
Kweli na Uongo
Baadhi ya poikilothermviumbe kama vile samaki na echinoderms pia wana joto la mwili mara kwa mara. Wanaishi katika hali ya joto la nje la mara kwa mara (kilindi cha bahari au mapango), ambapo hali ya joto ya mazingira haibadilika. Wanaitwa viumbe vya uwongo vya homoiothermic. Wanyama wengi ambao hupata hali ya kujificha au kimbunga cha muda huwa na halijoto ya mwili inayobadilika-badilika. Viumbe hawa wenye hali ya hewa joto kali (mifano: marmots, popo, hedgehogs, swifts, na wengine) huitwa heterothermal.
Mpendwa aromorphosis
Kuonekana kwa homoiothermia katika viumbe hai ni upataji wa mageuzi unaotumia nishati nyingi. Wasomi bado wanabishana juu ya asili ya mabadiliko haya ya maendeleo katika muundo, ambayo yalisababisha kuongezeka kwa kiwango cha shirika. Nadharia nyingi zimependekezwa kwa asili ya viumbe vyenye joto. Watafiti wengine wanakubali kwamba hata dinosaur wanaweza kuwa na kipengele hiki. Lakini pamoja na kutokubaliana kwa wanasayansi, jambo moja ni hakika: kuonekana kwa viumbe vya homoiothermic ni jambo la bioenergetic. Na utata wa mifumo ya maisha unahusishwa na uboreshaji wa utendakazi wa mifumo ya uhamishaji joto.
Fidia ya halijoto
Uwezo wa baadhi ya viumbe vya poikilothermic kudumisha kiwango thabiti cha michakato ya kimetaboliki katika anuwai ya mabadiliko ya joto la mwili hutolewa na urekebishaji wa biokemikali na huitwa fidia ya joto. Inategemea uwezo wa enzymes fulani kubadilisha usanidi wao na joto la kupungua na kuongeza mshikamano wao na substrate, na kuongeza kasi ya athari. Kwa mfano, katika mussels ya bivalvesKatika Bahari ya Barents, matumizi ya oksijeni hayategemei halijoto iliyoko, ambayo ni kati ya 25 °C (+5 hadi +30 °C).
Fomu za kati
Wanabiolojia wanamageuzi wamepata wawakilishi sawa wa aina za mpito kutoka kwa wanyama poikilothermic hadi wanyama wenye damu joto. Wanabiolojia wa Kanada kutoka Chuo Kikuu cha Brock wamegundua damu-joto ya msimu katika tegu ya Argentina nyeusi-na-nyeupe (Alvator dawae). Mjusi huyu wa karibu mita anaishi Amerika Kusini. Kama wanyama watambaao wengi, tegu huota jua wakati wa mchana, na kujificha kwenye mashimo na mapango usiku, ambapo hupoa. Lakini wakati wa msimu wa kuzaliana kutoka Septemba hadi Oktoba, joto la tegu, kiwango cha kupumua na rhythm ya contractions ya moyo asubuhi huongezeka kwa kasi. Joto la mwili wa mjusi linaweza kuzidi joto la pango kwa digrii kumi. Hii inathibitisha ubadilikaji wa maumbo kutoka kwa wanyama wenye damu baridi hadi wanyama wenye jotoardhi.
Taratibu za udhibiti wa halijoto
Viumbe vyenye jotoardhi kila mara hufanya kazi ili kuhakikisha utendakazi wa mifumo kuu - ya mzunguko wa damu, ya kupumua, ya kutoa kinyesi - kwa kutoa kiwango cha chini zaidi cha uzalishaji wa joto. Kiwango hiki cha chini kinachozalishwa wakati wa kupumzika kinaitwa kimetaboliki ya basal. Mpito hadi hali hai katika wanyama wenye damu joto huongeza uzalishaji wa joto, na wanahitaji mbinu za kuongeza uhamishaji wa joto ili kuzuia ubadilikaji wa protini.
Mchakato wa kupata uwiano kati ya michakato hii hutolewa na udhibiti wa joto wa kemikali na kimwili. Taratibu hizi hutoa ulinzi wa viumbe vya homoiothermic kutoka kwa joto la chini naoverheating. Taratibu za kudumisha halijoto isiyobadilika ya mwili (kemikali na urekebishaji joto wa mwili) zina vyanzo tofauti na ni tofauti sana.
Chemical thermoregulation
Kukabiliana na kupungua kwa halijoto ya kimazingira, wanyama walio na damu joto huongeza tena uzalishaji wa joto asilia. Hii inafanikiwa kwa kuongeza michakato ya oksidi, haswa katika tishu za misuli. Kupunguza misuli isiyoratibiwa (kutetemeka) na sauti ya thermoregulatory ni hatua za kwanza za kuongeza uzalishaji wa joto. Wakati huo huo, kimetaboliki ya lipid huongezeka, na tishu za adipose huwa ufunguo wa thermoregulation bora. Mamalia katika hali ya hewa ya baridi hata wana mafuta ya hudhurungi, joto lote kutoka kwa oxidation ambayo huenda kwa joto la mwili. Matumizi haya ya nishati huhitaji mnyama ama kula kiasi kikubwa cha chakula au kuwa na akiba kubwa ya mafuta. Kwa ukosefu wa rasilimali hizi, udhibiti wa joto wa kemikali una kikomo chake.
Taratibu za udhibiti wa joto mwilini
Aina hii ya udhibiti wa halijoto haihitaji gharama za ziada kwa ajili ya uzalishaji wa joto, lakini hufanywa kwa kuhifadhi joto asilia. Inafanywa na uvukizi (jasho), mionzi (mionzi), conduction ya joto (conduction) na convection ya ngozi. Mbinu za udhibiti wa halijoto mwilini zimekuzwa katika kipindi cha mageuzi na zinakuwa kamilifu zaidi na zaidi wakati wa kusoma mfululizo wa filojenetiki kutoka kwa wadudu na popo hadi mamalia.
Mfano wa udhibiti huo ni kupungua au kupanuka kwa mishipa ya damu ya ngozi, ambayo hubadilika.conductivity ya mafuta, mali ya kuhami joto ya manyoya na manyoya, kubadilishana joto la kinyume cha damu kati ya vyombo vya juu na vyombo vya viungo vya ndani. Utoaji wa joto hudhibitiwa na mteremko wa nywele za manyoya na manyoya, ambapo pengo la hewa hudumishwa.
Katika mamalia wa baharini, mafuta ya chini ya ngozi husambazwa katika mwili wote, kulinda joto la mwisho. Kwa mfano, katika mihuri, mfuko huo wa mafuta hufikia hadi 50% ya jumla ya uzito. Ndiyo maana theluji haina kuyeyuka chini ya mihuri iliyolala kwenye barafu kwa masaa. Kwa wanyama wanaoishi katika hali ya hewa ya joto, usambazaji sawa wa mafuta ya mwili juu ya uso mzima wa mwili unaweza kuwa mbaya. Kwa hiyo, mafuta yao hujilimbikiza tu katika sehemu fulani za mwili (nundu ya ngamia, mkia wa mafuta ya kondoo), ambayo haizuii uvukizi kutoka kwa uso mzima wa mwili. Kwa kuongeza, wanyama wa hali ya hewa ya baridi ya kaskazini wana tishu maalum ya mafuta (mafuta ya kahawia), ambayo hutumika kabisa kwa ajili ya joto la mwili.
Kusini zaidi - masikio makubwa na miguu mirefu
Sehemu tofauti za mwili ziko mbali na kusawazisha katika suala la uhamishaji joto. Ili kudumisha uhamisho wa joto, uwiano wa uso wa mwili na kiasi chake ni muhimu, kwa sababu kiasi cha joto la ndani inategemea wingi wa mwili, na uhamisho wa joto hutokea kwa njia ya integuments. Sehemu zinazojitokeza za mwili zina uso mkubwa, ambayo ni nzuri kwa hali ya hewa ya joto, ambapo wanyama wenye joto wanahitaji uhamisho mwingi wa joto. Kwa mfano, masikio makubwa yenye mishipa mingi ya damu, miguu mirefu na mkia ni kawaida kwa wakazi wa hali ya hewa ya joto (tembo, mbweha wa fennec, Afrika).jerboa yenye masikio marefu). Katika hali ya baridi, urekebishaji hufuata njia ya kuhifadhi eneo hadi kiasi (masikio na mkia wa sili).
Kuna sheria nyingine kwa wanyama wenye damu joto - wawakilishi zaidi wa kaskazini wa kundi moja la filojenetiki wanaishi, ndivyo wanavyokuwa wakubwa. Na hii pia inahusishwa na uwiano wa kiasi cha uso wa uvukizi, na, ipasavyo, upotezaji wa joto, na wingi wa mnyama.
Etholojia na uhamishaji joto
Vipengele vya tabia pia vina jukumu muhimu katika michakato ya kuhamisha joto, kwa wanyama wa poikilothermic na homeothermic. Hii inajumuisha mabadiliko katika mkao, na ujenzi wa makao, na uhamiaji mbalimbali. Kadiri kina cha shimo kinavyoongezeka, ndivyo hali ya joto inavyokuwa laini. Kwa latitudo za kati, kwa kina cha mita 1.5, mabadiliko ya joto ya msimu hayaonekani.
Tabia ya kikundi pia hutumika kwa udhibiti wa halijoto. Kwa hivyo, penguins hukusanyika pamoja, wakishikamana kwa nguvu. Ndani ya lundo, halijoto iko karibu na joto la mwili la pengwini (+37 ° C) hata kwenye barafu kali zaidi. Ngamia hufanya vivyo hivyo - katikati ya kikundi joto ni karibu +39 °C, na manyoya ya wanyama wa nje yanaweza kuwashwa hadi +70 °C.
Hibernation ni mkakati maalum
Hali ya Torpid (stupor) au kulala usingizi ni mikakati maalum ya wanyama walio na damu joto ambayo inaruhusu mabadiliko ya joto la mwili kwa madhumuni ya kukabiliana. Katika hali hii, wanyama huacha kudumisha joto la mwili na kupunguza karibu sifuri. Hibernation ina sifa ya kupungua kwa kiwango cha metabolic namatumizi ya rasilimali zilizokusanywa. Hii ni hali ya kisaikolojia iliyodhibitiwa vizuri, wakati taratibu za udhibiti wa joto hubadilika hadi kiwango cha chini - kiwango cha moyo hupungua (kwa mfano, katika dormouse kutoka kwa 450 hadi 35 kwa dakika), matumizi ya oksijeni hupungua kwa mara 20-100.
Kuamka kunahitaji nguvu na hutokea kwa kujipasha joto, jambo ambalo halipaswi kuchanganyikiwa na usingizi wa wanyama wenye damu baridi, ambapo husababishwa na kupungua kwa joto la mazingira na ni hali isiyodhibitiwa na mwili wenyewe (kuamka). hutokea chini ya ushawishi wa mambo ya nje).
Stupor pia ni hali iliyodhibitiwa, lakini halijoto ya mwili hushuka kwa digrii chache tu na mara nyingi huambatana na midundo ya circadian. Kwa mfano, ndege aina ya hummingbird hufa ganzi usiku joto lao la mwili linaposhuka kutoka 40°C hadi 18°C. Kuna mabadiliko mengi kati ya torpor na hibernation. Kwa hivyo, ingawa tunaita usingizi wa dubu katika hibernation ya msimu wa baridi, kwa kweli, kimetaboliki yao hupungua kidogo, na joto la mwili wao hupungua kwa 3-6 ° C tu. Ni katika hali hii dubu huzaa watoto.
Kwa nini kuna viumbe vichache vya jotoardhi katika mazingira ya majini
Kati ya hidrobionti (viumbe wanaoishi katika mazingira ya majini) kuna wawakilishi wachache wa wanyama wenye damu joto. Nyangumi, pomboo, mihuri ya manyoya ni wanyama wa majini wa sekondari ambao wamerudi kwenye mazingira ya majini kutoka ardhini. Umwagaji damu wa joto huhusishwa hasa na ongezeko la michakato ya kimetaboliki, ambayo msingi wake ni athari za oxidation. Na oksijeni ina jukumu kubwa hapa. Na, kama unavyojua, katikakatika mazingira ya majini, maudhui ya oksijeni si ya juu kuliko 1% kwa kiasi. Usambazaji wa oksijeni katika maji ni maelfu ya mara chini ya hewa, ambayo inafanya kuwa haipatikani hata kidogo. Kwa kuongeza, kwa ongezeko la joto na uboreshaji wa maji na misombo ya kikaboni, maudhui ya oksijeni hupungua. Haya yote yanafanya kuwepo kwa idadi kubwa ya viumbe vyenye damu joto katika mazingira ya majini kutofaidika.
Faida na hasara
Faida kuu ya wanyama wenye damu joto kuliko wale walio na damu baridi ni utayari wao wa kuchukua hatua bila kujali halijoto iliyoko. Hii ni fursa ya kustahimili halijoto ya usiku karibu na baridi, na ukuzaji wa maeneo ya kaskazini mwa nchi.
Hasara kuu ya damu-joto ni matumizi ya juu ya nishati ili kudumisha halijoto ya mwili isiyobadilika. Na chanzo kikuu cha hii ni chakula. Simba mwenye damu joto anahitaji chakula mara kumi zaidi ya mamba wa damu baridi wa uzito sawa.
