Какие энергосберегающие механизмы существуют у теплокровных животных, гомотермия

Гомойотермные (теплокровные) организмы

К этой группе относят два класса высших позвоночных – птицы и млекопитающие. Принципиальное отличие теплообмена гомойотермных (от греч. homoios – одинаковый, подобный) животных от пойкилотермных заключается в том, что у них функционирует комплекс активных регуляторных механизмов поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма. Благодаря этому биохимические и физиологические процессы всегда протекают в оптимальных температурных условиях.

Интенсивность метаболизма у гомойотермных организмов на один-два порядка выше, чем у пойкилотермных. В основе их теплового баланса лежит использование собственной теплопродукции. Поэтому птиц и млекопитающих относят к эндотермным организмам. Эндотермия – важное свойство, благодаря которому существенно снижается зависимость жизнедеятельности организма от температуры внешней среды.

Температура тела гомойотермных животных характеризуется довольно высоким постоянством. Даже у арктических и антарктических видов при температуре среды до минус 50°С температура тела колеблется не более чем в пределах 2 – 4°С (и составляет у птиц около +41°С).

У млекопитающих температура тела несколько ниже, чем у птиц, и у многих видов подвержена более сильным колебаниям. Характерны видовая специфичность температуры тела млекопитающих. Межвидовые отличия укладываются в диапазон 30 – 39°С. Для многих млекопитающих характерно снижение температуры во время сна (от десятых долей градуса до 4 – 5°С).

У всех гомойотермных животных наружные слои тела (покровы, часть мускулатуры и т.д.) образуют оболочку, температура которой изменяется в широких пределах. Таким образом, устойчивая температура характеризует лишь область локализации важных внутренних органов и процессов.

Механизмы терморегуляции. Физиологические механизмы, обеспечивающие тепловой гомеостаз организма, подразделяются на две функциональные группы: механизмы химической и физической терморегуляции.

Химическая терморегуляцияпредставляет собой регуляцию теплопродукции организма. Это процесс рефлекторного усиления либо уменьшения теплопродукции в ответ на снижение либо повышение температуры окружающей среды.

Тепло постоянно вырабатывается в организме в процессе окислительно-восстановительных реакций метаболизма. При этом часть его отдаётся во внешнюю среду тем больше, чем больше разница температуры тела и среды. Поэтому поддержание устойчивой температуры тела при снижении температуры среды требует соответствующего усиления процессов метаболизма и сопровождающего их теплообразования, что компенсирует теплопотери и приводит к сохранению общего теплового баланса организма.

Специфическое терморегуляторное теплообразование сосредоточено преимущественно в скелетной мускулатуре. Терморегуляционный тонус выражен микросокращениями фибрилл, что регистрируется в виде повышения электрической активности внешне неподвижной мышцы при её охлаждении. При этом наблюдается повышение потребления мышцей кислорода более чем на 15%. При более сильном охлаждении наряду с резким повышением терморегуляционного тонуса включаются видимые сокращения мышц в форме холодовой дрожи. Газообмен при этом возрастает до 300-400% .

При длительном воздействии холода сократительный тип термогенеза может быть замещён (или дополнен) переключением тканевого дыхания в мышце на так называемый свободный (нефосфорилирующий) путь, при котором выпадает фаза образования и последующего расщепления АТФ.

У млекопитающих (а также возможно и у птиц) существует ещё одна форма недрожевого термогенеза, связанная с окислением особой бурой жировой ткани, откладывающейся в области межлопаточного пространства, шеи и грудной части позвоночника. Бурый жир содержит большое количество митохондрий и пронизан многочисленными кровеносными сосудами. Под действием холода увеличивается кровоснабжение бурого жира, интенсифицируется его дыхание, возрастает выделение тепла. Важно, что при этом непосредственно нагреваются расположенные вблизи органы: сердце, крупные сосуды, лимфатические узлы, а также центральная нервная система. Бурый жир используется, главным образом, как источник экстренного теплообразования.

Физическая терморегуляция – процесс поддержания оптимальной температуры тела регулированием теплоотдачи при помощи комплекса морфофизиологических механизмов.

Теплоизоляционные структуры (перьевой, волосяной покровы) удерживают вокруг тела слой воздуха, который играет роль теплоизолятора. Рефлекторное управление (пиломоторная реакция) параметрами покровов (объём, плотность и т.п.) обеспечивает быстрый и эффективный ответ организма на нарушения теплового баланса при меньших по сравнению с химической терморегуляцией затратах энергии.

Для гомойотермных животных характерны охлаждающие механизмы регулируемого испарения воды (пота с поверхности кожи, влаги слизистых оболочек с поверхности ротовой полости и верхних дыхательных путей с изменением частоты дыхания), а также сосудистые реакции (при которых изменение теплоотдачи достигается расширением и сужением мелких кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи).

В выступающих или поверхностных частях тела у ряда животных, например, в ластах китов, в лапах некоторых птиц имеется приспособление – «чудесная сеть», сплетение сосудов, в котором вены плотно прижаты к артериям (рисунок 7.1). Текущая по артериям кровь отдает тепло венам, оно возвращается к телу, а артериальная поступает в конечности охлажденной. При этом конечности оказываются пойкилотермными, но температура остального тела поддерживается с меньшими затратами.

Читать еще:  Можно ли кошку кормить сырой курицей — куриные головы для кота

Рисунок 7.1 – «Чудесная сеть»

Поведенческие адаптации направлены на более экономичное расходование энергии на терморегуляцию. Характерно использование и поддержание особенностей микроклимата.

Обратимая гипотермия – способность некоторых групп гомойотермных животных подобно пойкилотермным впадать в состояние оцепенения со снижением интенсивности метаболизма и понижением температуры тела. У видов с сезонной и суточной ритмикой гипотермии развиты эндогенные биологические часы, основанные на термофотопериодической реакции.

§ 13. Регуляция температуры тела и дыхания

Подробное решение параграф § 13 по биологии для учащихся 9 класса, авторов Вахрушев А.А., Бурский О.В., Раутиан А.С., Родионова Е.И. 2016

Вопрос 1. В чём состоит проблема? Сформулируйте вопрос урока.

Как сохранить температуру тела в определенном диапазоне температур (проблема терморегуляции). Какие энергосберегающие механизмы существуют у разных организмов?

Вопрос 2. Назовите холоднокровных и теплокровных животных (7 класс)

Теплокровными животными являются млекопитающие и птицы. Все остальные позвоночные (земноводные, пресмыкающиеся, рыбы) и все беспозвоночные являются холоднокровными.

Для примеров назовите представителей каждого класса.

Какова роль кровеносной системы в дыхании? (8 класс)

Кровеносная система транспортирует кислород и питательные вещества во внутреннюю среду организма, а углекислый газ и продукты распада из организма в атмосферу.

Что такое энергетический обмен и каково его значение в жизни организма? (§ 8)

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. Значение энергетического обмена — снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.

Вопрос 3. Сравните теплоизолирующие свойства меха и подкожной жировой подушки. Каковы механизмы регуляции теплоотдачи в том и другом случае?

Теплоизолирующие свойства тем лучше, чем толще и гуще мех и чем толще подкожная жировая подушка.

Зимой для лучшей теплоизоляции мех становится длиннее и гуще, когда становится холодно – мех «становится дыбом» (краткосрочный механизм).

Подкожная жировая подушка к зиме у некоторых видов животных также заметно становится больше. Для сохранения тепла кровеносные сосуды, расположенные ближе к поверхности кожи, сужаются.

Вопрос 4. Где расположены рецепторы, регистрирующие температуру организма?

Рецепторы расположены в коже, гипоталамусе и коре больших полушарий мозга.

Вопрос 5. Какие нервные центры отвечают за процесс терморегуляции?

Нервные центры теплоотдачи и теплоснабжения в гипоталамусе.

Вопрос 6. Каким образом снижается температура крови? Какова роль в её снижении нервной и гормональной систем?

При изменении температуры кожи через рецепторы нервный сигнал поступает в нервный центр, отвечающий за процесс терморегуляции в организме. Оттуда нервный сигнал способствует расширению кожных артерий и увеличению потоотделения. Гормоны регулируют интенсивность обмена в сторону его снижения.

Вопрос 7. Какими, положительными или отрицательными, должны быть обратные связи при восстановлении нормальной температуры тела?

Вопрос 8. Как достигается правильное чередование актов вдоха и выдоха? Какой отдел мозга в этом участвует?

Механизм регуляции дыхания очень сложный. В схематическом изложении он сводится к следующему. В продолговатом мозгу имеется скопление нервных клеток, регулирующих дыхание, — дыхательный центр. В дыхательном центре различают два отдела: отдел вдоха и отдел выдоха. Функция обоих отделов взаимосвязана: при возбуждении отдела вдоха происходит торможение отдела выдоха и, наоборот, возбуждение отдела выдоха сопровождается торможением отдела вдоха. Помимо дыхательного центра, заложенного в продолговатом мозгу, в регуляции дыхания участвуют специальные скопления нервных клеток в мосту и в промежуточном мозгу. Своё влияние на дыхательные мышцы, от которых зависит изменение объёма грудной клетки при вдохе и выдохе, дыхательный центр оказывает не прямо, а через спинной мозг. В спинном мозгу находятся группы клеток, отростки которых (нервные волокна) идут в составе спинномозговых нервов к дыхательным мышцам. При возбуждении дыхательного центра (отдела вдоха) нервные импульсы передаются в спинной мозг, а оттуда по нервам к дыхательным мышцам, вызывая их сокращение; в результате происходит расширение грудной клетки и вдох. Прекращение передачи импульсов из дыхательного центра (при торможении отдела вдоха) в спинной мозг, а от него к дыхательным мышцам сопровождается расслаблением этих мышц; в результате грудная клетка спадается и наступает выдох.

Читать еще:  Иммуномодуляторы для кошек с вирусными заболеваниями, как повысить иммунитет у кошки?

Вопрос 9. Когда большие полушария мозга вмешиваются в регуляцию дыхания? Какова роль рецепторов углекислого газа в регуляции глубины вдохов и выдохов?

Большим полушариям головного мозга принадлежит особая роль в связи с тем, что они обеспечивают всю гамму тончайших приспособлений дыхания потребностям организма в связи с непрерывными изменениями условий внешней среды и жизнедеятельности организма. Способность кора больших полушарий влияет на процессы внешнего дыхания: можно произвольно изменять ритм и глубину дыхательных движений, а также задерживать дыхание на 30—60 секунд и более.Особо важное значение имеет регулирующее влияние коры больших полушарий мозга на дыхательные движения у человека при речи и пении.

Углекислота является специфическим возбудителем дыхания. При накоплении углекислоты в крови до определённой концентрации раздражаются специальные рецепторы стенок кровеносных сосудов. Возникшие в рецепторах импульсы передаются по нервным волокнам в дыхательный центр (отдел вдоха) и вызывают его возбуждение, что сопровождается углублением и учащением дыхания. Помимо этого, углекислота оказывает и прямое воздействие на дыхательный центр: повышение концентрации углекислоты в крови, омывающей дыхательный центр, вызывает его возбуждение. Уменьшение концентрации углекислоты в крови сопровождается, наоборот, снижением возбудимости дыхательного центра (отдела вдоха).

Вопрос 10. При каких условиях происходит переход к анаэробному обмену?

Переход к анаэробному обмену происходит при нехватке кислорода. Тогда органические вещества расщепляются неполностью, что способствует выделению малого количества энергии.

Вопрос 11. Почему теплокровным животным необходимо больше пищи, чем холоднокровным?

У холоднокровных животных медленные протекают процессы обмена веществ — в 20-30 раз медленнее, чем у теплокровных. Поэтому и количество пищи, потребляемая двумя группами животных тоже разная.

Вопрос 12. Какие энергосберегающие механизмы существуют у теплокровных животных?

Обеспечивается теплокровность механизмами терморегуляции. Есть три основных пути терморегуляции:

1. Физическая терморегуляция — изменение уровня теплоотдачи. Физическая терморегуляция обеспечивается не за счет дополнительной выработки тепла (как химическая регуляция), а за счет сохранения его в теле животного, путем рефлекторного сужения и расширения кровеносных сосудов кожи (это меняет ее теплопроводность), изменения теплоизолирующих свойств меха и перьевого покрова, регуляции испарительной теплоотдачи. Густой мех млекопитающих, перьевой покров птиц позволяют сохранять вокруг тела прослойку воздуха с температурой, близкой к температуре тела животного, и тем самым уменьшать теплоотдачу во внешнюю среду. У обитателей холодного климата хорошо развит слой подкожной жировой клетчатки, который равномерно распределен по всему телу и является хорошим теплоизолятором.

2. Поведенческая терморегуляция (например, когда животное старается избегать неблагоприятных температур, перемещаясь в пространстве). Поддержание высокой температуры тела обеспечивается за счет того, что на холоде процессы теплопродукции в организме преобладают над процессами теплоотдачи. Но поддержание температуры за счет возрастания теплопродукции требует большого расхода энергии, поэтому животные в холодный период года нуждаются в большом количестве пищи или тратят много жировых запасов, которые они накопили летом.

Вопрос 13. Каким образом терморегуляция связана с работой кровеносной системы?

Сохранение тепла в теле животного регулируется путем рефлекторного сужения и расширения кровеносных сосудов кожи (это меняет ее теплопроводность). У животных в холодное время года снижается ток крови на поверхности тела. А также наличие системы противоточного обмена в ластах и плавниках морских обитателей.

Вопрос 14. Как регулируется дыхание?

Дыхание регулируется двумя анатомическм отдельными, но интегрированными структурами ЦНС. Первая обозначается как система регуляции автоматического дыхания (мост мозга, продолговатый мозг); Вторая – система регуляции произвольного дыхания (корковые, переднемозговые структуры). Каждая регулирующая система включает 3 основных звена? определенные структуры ЦНС; эффекторное звено (диафрагма, межреберные мышцы); нервно-реципторное звено (перифермческие и центральные хеморецепторы, проприорецепторы, рецепторы легких и верхних дыхательных путей).

Регуляция дыхания осуществляется по принципу обратной связи? отклонение газового состава крови от физиологических показателей рефлекторно ведет к соответствующему изменению параметров дыхания, обеспечивающему поддержание раО2 и раСО2 (напряжение кислорода и углекисого газа в крови) на оптимальном уровне. При изменении раО2 и раСО2 в крови и тканях кровообращение является каналом обратной связи, по которому информация передается на хеморецепторы (периферические и центральные). Хеморецепторы обнаруживают разницу между действительными и нормальными величинами напряжения газов крови и передают эту информацию дыхательным нейронам ствола мозга. Дыхательный центр формирует импульсы, передающиеся по нервам к дыхательным мышцам, работа которых обеспечивает установление адекватной вентиляции с минимальными изменениями напряжения газов крови.

Вопрос 15. Как защищаются от холода полярные морские млекопитающие, не имеющие шёрстного покрова?

Читать еще:  Можжевельник блю альпс в ландшафтном дизайне, blue alps

Северные животные защищены от холода толстой жировой подушкой. А также наличие системы противоточного обмена в ластах и плавниках морских обитателей.

Вопрос 16. Каким образом в организме уменьшается приток крови к одним органам и увеличивается к другим?

Приток крови к тому или иному органу зависит от состояния сосудов-они могут быть суженными или расширенными, на что влияет вегетативная нервная система.

Вопрос 17. Рассмотрите вдвоём приведённый график. Каких животных можно отнести к теплокровным, а каких – к холоднокровным?

Теплокровные – кошка, опоссум, ехидна и утконос.

Если с кошкой, опоссумом и ящерицей здесь все понятно, то утконос и ехидна еще не являются строго теплокровными животными, и температура тела у них колеблется между 250 и 35оС, а повышение температуры окружающей среды способствует и повышению температуры тела животных.

Гомойотермные животные: примеры, особенности, плюсы и недостатки эндотермии

Гомойотермия (теплокровность) — это особенность, которая появилась в конце эволюционного пути и встречается только у современных представителей фауны. Теплокровных животных также называют эндотермными или гомойотермными животными.

Они вырабатывают тепло внутри своего тела, и имеют терморегуляторную систему, которая поддерживает постоянную температуру тела, в значительной степени независимую от условий окружающей среды. Также температура их тела остается практически неизменной на протяжении всей жизни.

Теплокровные животные, чтобы поддерживать тепло своего тела большую часть пищи, которую они употребляют преобразовать в энергию. Этот процесс осуществляется при помощи митохондрий — органелл в эукариотических клетках. Лишь малая часть еды, преобразовывается в массу тела.

В частности, мелкие животные, должны интенсивно питаться, особенно пищей с высоким содержанием энергии, такой как семена, насекомые или другие небольшие животные. Более крупные животные нуждаются в меньшем количестве пищи. Обычно у теплокровных животных температура тела выше, чем у окружающей среды. Гомойотермным животным сложно потерять тепло, и относительно легко согреться.

Примеры теплокровных животных

Люди, которые также являются теплокровными, поддерживают постоянную температуру на уровни около 37° C. Большинство млекопитающих, крупных и маленьких, а также птиц — гомойотермные.

Все приматы (включая, людей), кошачьи (тигры, гепарды, львы, домашние кошки и др.), грызуны (крысы, бобры, бурундуки и др.), сумчатые (кенгуру), куньи (барсуки и выдры), однопроходные (утконосы), морские млекопитающие (киты, тюлени, моржи, ламантины, дельфины и др.), собаки, свиньи, слоны и многие другие являются теплокровными.

Однако, некоторые виды птиц не относятся к гомойотермным животным. Более того, млекопитающие, такие как летучие мыши, крысы, кроты и ехидны, не являются ни теплокровными, ни холоднокровными.

Эволюционные механизмы адаптации гомойотермных животных

Так как теплокровные животные не зависят от окружающей среды, чтобы поддерживать температуру тела, они могут жить как в жарких, так и холодных регионах мира. Они имеют различные адаптации, чтобы сохранить тепло, включая густую шерсть, перья у птицы, или жир у морских млекопитающих.

Существует также различные поведенческие реакции, включая озноб, миграцию, или спячку в холодное время года. Некоторые птицы мигрируют на тысячи километров в более теплые регионы. Есть также много мелких теплокровных птиц и млекопитающих, которые, как известно, впадают в спячку.

Потовые железы используются для снижения температуры тела; у приматов они присутствуют по всему телу, в то время как у кошек и собак железы встречаются только на ногах. Одышка — это еще один механизм для потери тепла.

Преимущества гомойотермии

Теплокровные животные, как правило, не впадают в зимнюю спячку, кроме нескольких исключений, и они могут быть активными в течение всего года, питаясь, перемещаясь и защищая себя от хищников.

Хотя теплокровные животные должны потреблять много пищи, чтобы оставаться активными, у них есть энергия и средства для доминирования во всех природных зонах, даже в холодной Антарктиде или высоких горных хребтах. Они также могут перемещаться быстрее и на большие расстояния, чем холоднокровные животные.

Недостатки гомойотермии

Так как температура тела у теплокровных животных остается стабильной, они являются идеальными хозяевами для жизни многих паразитов, таких как черви, или микроорганизмы, включая бактерии и вирусы, многие из которых могут вызвать смертельные заболевания.

Поскольку гомойотермные животные выделяют собственное тепло, важным фактором является соотношение массы к площади поверхности тела. Большая масса тела производит больше тепла, а большая поверхность тела используется для охлаждения летом или в более жаркой среде обитания, например, огромные уши у слонов. Поэтому теплокровные животные не могут быть такими маленькими, как холоднокровные насекомые.

Источники:

http://studopedia.ru/8_189806_gomoyotermnie-teplokrovnie-organizmi.html
http://resheba.me/gdz/biologija/9-klass/vahrushev/13
http://natworld.info/zhivotnye/teplokrovnye-zhivotnye-primery-harakteristika-preimushchestva-i-nedostatki-gomojotermii

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector