Біздің планетамыздағы тіршіліктің алуан түрлілігі өзінің ауқымымен таң қалдырады. Канадалық ғалымдардың соңғы зерттеулері біздің планетамызды мекендейтін жануарлардың, өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың және микроорганизмдердің 8,7 миллион түрін көрсетеді. Оның үстіне, олардың шамамен 20% ғана сипатталған, бұл бізге белгілі 1,5 миллион түр. Тірі организмдер планетадағы барлық экологиялық тауашаларды орналастырды. Биосферада тіршілік болмайтын жер жоқ. Жанартаулардың саңылауларында және Эверест шыңында - біз барлық жерде оның әртүрлі көріністерінде өмірді табамыз. Және, сөзсіз, табиғаттың мұндай алуан түрлілігі мен таралуы эволюция процесінде жылы қандылық құбылысының (гомеотермді организмдер) пайда болуымен байланысты.
Тіршіліктің шекарасы - температура
Тіршіліктің негізі – химиялық процестердің жылдамдығы мен сипатына байланысты организмдегі зат алмасу. БІРАҚбұл химиялық реакциялар тек белгілі бір температура диапазонында, өзіндік көрсеткіштерімен және әсер ету ұзақтығымен мүмкін болады. Организмдердің үлкен саны үшін қоршаған ортаның температуралық режимінің шекаралық көрсеткіштері 0-ден +50 градус Цельсийге дейін деп есептеледі.
Бірақ бұл алыпсатарлық тұжырым. Тіршіліктің температуралық шектері белоктардың денатурациясы болмайтын, сондай-ақ жасушалардың цитоплазмасының коллоидтық сипаттамаларының қайтымсыз өзгеруі, өмірлік маңызды ферменттердің белсенділігінің бұзылуы болады деп айту дәлірек болар еді. Және көптеген организмдер осы шектен әлдеқайда жоғары жағдайларда өмір сүруге мүмкіндік беретін жоғары мамандандырылған ферменттік жүйелерді дамытты.
Қоршаған ортаның классификациясы
Тіршіліктің оңтайлы температураларының шекаралары планетадағы тіршілік формаларының екі топқа – криофильдер мен термофилдерге бөлінуін анықтайды. Бірінші топ өмір үшін суықты жақсы көреді және мұндай жағдайларда өмір сүруге маманданған. Планетаның биосферасының 80%-дан астамы орташа температурасы +5 °С болатын суық аймақтар. Бұл мұхиттардың тереңдігі, Арктика мен Антарктиканың шөлдері, тундра және биік таулар. Суыққа төзімділіктің жоғарылауы биохимиялық бейімделулер арқылы қамтамасыз етіледі.
Криофилдердің ферменттік жүйесі биологиялық молекулалардың белсендіру энергиясын тиімді төмендетеді және жасушадағы зат алмасуды 0 °C-қа жақын температурада сақтайды. Бұл ретте бейімделулер екі бағытта жүреді - қарсылықты (қарсылықты) немесе суыққа төзімділікті (қарсылықты) алуда. Термофилдердің экологиялық тобы қолайлы организмдер болып табыладыолардың өмірі жоғары температура аймақтары болып табылады. Олардың тіршілік әрекеті биохимиялық бейімделулердің мамандануымен де қамтамасыз етіледі. Ағзаның ұйымдасуының күрделенуімен оның термофилияға қабілеті төмендейтінін айта кеткен жөн.
Дене температурасы
Тірі жүйедегі жылудың тепе-теңдігі оның ағыны мен шығуының жиынтығы болып табылады. Ағзалардың дене температурасы қоршаған ортаның температурасына (экзогендік жылу) байланысты. Сонымен қатар, өмірдің міндетті атрибуты эндогендік жылу болып табылады - ішкі метаболизмнің өнімі (тотығу процестері және аденозин үшфосфор қышқылының ыдырауы). Біздің планетамыздағы көптеген түрлердің тіршілік әрекеті экзогендік жылуға, ал олардың дене температурасы қоршаған орта температурасының жүруіне байланысты. Бұл дене температурасы құбылмалы болатын пойкилотермді организмдер (poikilos - әртүрлі).
Пойкилотермдерге барлық микроорганизмдер, саңырауқұлақтар, өсімдіктер, омыртқасыздар және хордалардың көпшілігі жатады. Ал омыртқалылардың тек екі тобы – құстар мен сүтқоректілер – гомиотермді организмдер (homoios – ұқсас). Олар қоршаған ортаның температурасына қарамастан тұрақты дене температурасын сақтайды. Оларды жылы қанды жануарлар деп те атайды. Олардың негізгі айырмашылығы - ішкі жылудың күшті ағынының және терморегуляциялық механизмдер жүйесінің болуы. Нәтижесінде гомоиотермді организмдерде барлық физиологиялық процестер оңтайлы және тұрақты температурада жүзеге асады.
Шын және жалған
Кейбір пойкилотермдербалықтар мен эхинодермалар сияқты организмдердің де дене температурасы тұрақты болады. Олар қоршаған ортаның температурасы өзгермейтін тұрақты сыртқы температура жағдайында (мұхит немесе үңгірлердің тереңдігі) өмір сүреді. Оларды жалған гомоиотермді организмдер деп атайды. Қысқы ұйқыға немесе уақытша тоқырауға ұшыраған көптеген жануарлардың дене температурасының ауытқуы болады. Бұл нағыз гомоиотермді организмдер (мысалы: суырлар, жарғанаттар, кірпілер, жүйріктер және т.б.) гетеротермиялық деп аталады.
Құрметті ароморфоз
Тірі тіршілік иелерінде гомоиотермияның пайда болуы өте энергияны қажет ететін эволюциялық сатып алу. Ұйымдастыру деңгейінің жоғарылауына әкелген құрылымдағы бұл прогрессивті өзгерістердің шығу тегі туралы ғалымдар әлі де пікірталас тудыруда. Жылы қанды ағзалардың шығу тегі туралы көптеген теориялар ұсынылды. Кейбір зерттеушілер бұл қасиет тіпті динозаврларда да болуы мүмкін екенін мойындайды. Бірақ ғалымдардың барлық келіспеушіліктерімен бір нәрсе анық: гомоиотермді организмдердің пайда болуы биоэнергетикалық құбылыс. Ал тіршілік формаларының күрделенуі жылу алмасу механизмдерінің функционалдық жетілдірілуімен байланысты.
Температура компенсациясы
Кейбір пойкилотермді организмдердің дене температурасының кең ауқымдағы өзгерістерінде зат алмасу процестерінің тұрақты деңгейін ұстап тұру қабілеті биохимиялық бейімделулер арқылы қамтамасыз етіледі және температуралық компенсация деп аталады. Ол кейбір ферменттердің температураның төмендеуімен конфигурациясын өзгерту және олардың субстратқа жақындығын арттыру, реакция жылдамдығын арттыру қабілетіне негізделген. Мысалы, қосжарнақты мидиялардаБаренц теңізінде оттегі шығыны 25 °C (+5 +30 °C) аралығында болатын қоршаған орта температурасына байланысты емес.
Аралық пішіндер
Эволюциялық биологтар пойкилотермділерден жылы қанды сүтқоректілерге дейінгі өтпелі формалардың бірдей өкілдерін тапты. Брок университетінің канадалық биологтары аргентиналық ақ-қара тегуда (Alvator merianae) маусымдық жылы қандылықты анықтады. Бұл метрге жуық кесіртке Оңтүстік Америкада тұрады. Көптеген бауырымен жорғалаушылар сияқты, тегу күндіз күн сәулесін қыздырады, ал түнде салқындататын шұңқырлар мен үңгірлерге тығылады. Бірақ қыркүйектен қазанға дейін өсіру кезеңінде тегу температурасы, тыныс алу жиілігі және таңертең жүректің жиырылуының ырғағы күрт артады. Кесірткенің дене температурасы үңгірдегі температурадан он градусқа асып кетуі мүмкін. Бұл формалардың суық қанды жануарлардан гомоиотермиялық жануарларға ауысуын дәлелдейді.
Терморегуляция механизмдері
Гомиотермиялық организмдер әрқашан ең аз жылу өндірісін генерациялау арқылы негізгі жүйелердің - қан айналымы, тыныс алу, шығару - жұмысын қамтамасыз ету үшін жұмыс істейді. Тыныштықта түзілетін бұл минимум базальды метаболизм деп аталады. Жылы қанды жануарлардың белсенді күйге өтуі жылу өндіруді арттырады және оларға ақуыздың денатурациясын болдырмау үшін жылу беруді арттыру механизмдері қажет.
Бұл процестер арасындағы тепе-теңдікке жету процесі химиялық және физикалық терморегуляция арқылы қамтамасыз етіледі. Бұл механизмдер гомиотермді организмдерді төмен температурадан және қорғауды қамтамасыз етедіқызып кету. Дене температурасын тұрақты ұстау механизмдері (химиялық және физикалық терморегуляция) әртүрлі көздерге ие және өте әртүрлі.
Химиялық терморегуляция
Қоршаған орта температурасының төмендеуіне жауап ретінде жылы қанды жануарлар эндогендік жылу өндірісін рефлексті түрде арттырады. Бұған әсіресе бұлшықет тіндеріндегі тотығу процестерін арттыру арқылы қол жеткізіледі. Бұлшықеттердің келісілмеген жиырылуы (дірілдеу) және терморегуляциялық тонусы жылу өндіруді арттырудың алғашқы кезеңі болып табылады. Сонымен қатар, липидтер алмасуы артады, ал майлы тін жақсы терморегуляцияның кілтіне айналады. Суық климаттағы сүтқоректілерде тіпті қоңыр май бар, оның тотығуынан алынған барлық жылу денені жылытуға кетеді. Бұл энергия шығыны жануардан көп мөлшердегі тағамды тұтынуды немесе айтарлықтай май қорын қажет етеді. Бұл ресурстардың жетіспеушілігімен химиялық терморегуляцияның өз шегі бар.
Физикалық терморегуляция механизмдері
Терморегуляцияның бұл түрі жылу өндіруге қосымша шығындарды қажет етпейді, бірақ эндогендік жылуды сақтау арқылы жүзеге асырылады. Ол терінің булануы (терлеу), сәулелену (сәулелену), жылу өткізу (өткізу) және конвекция арқылы жүзеге асырылады. Физикалық терморегуляция әдістері эволюция барысында дамыды және насекомқоректілер мен жарғанаттардан сүтқоректілерге дейінгі филогенетикалық қатарды зерттеу кезінде барған сайын жетілдіріліп келеді.
Мұндай реттеудің мысалы ретінде терінің қан капиллярларының тарылуы немесе кеңеюі болып табылады, ол өзгереді.жылуөткізгіштік, жүн мен қауырсынның жылу өткізбейтін қасиеттері, ішкі мүшелердің үстіңгі тамырлар мен тамырлар арасындағы қанның қарсы ағынды жылу алмасуы. Жылудың таралуы түк пен қауырсынның еңісімен реттеледі, олардың арасында ауа саңылауы сақталады.
Теңіз сүтқоректілерінде тері астындағы май бүкіл денеге таралып, эндо-жылуды қорғайды. Мысалы, итбалықтарда мұндай майлы қап жалпы салмақтың 50% дейін жетеді. Мұз үстінде жатқан итбалықтардың астынан қар сағаттап ерімейтіні сондықтан. Ыстық климатта өмір сүретін жануарлар үшін дене майының дененің бүкіл бетіне біркелкі таралуы өлімге әкеледі. Сондықтан олардың майы дененің белгілі бөліктерінде ғана (түйенің өркешінде, қойдың май құйрығында) жиналады, бұл дененің бүкіл бетінен булануға кедергі болмайды. Сонымен қатар, солтүстік суық климаттың жануарларында денені жылытуға толығымен пайдаланылатын арнайы май тіндері (қоңыр май) болады.
Көбірек оңтүстік - үлкен құлақтар және ұзын аяқтар
Дененің әр түрлі бөліктері жылу беру жағынан бірдей емес. Жылу беруді сақтау үшін дене беті мен оның көлемінің арақатынасы маңызды, өйткені ішкі жылудың көлемі дененің массасына байланысты, ал жылу алмасу қабықшалар арқылы жүреді. Дененің шығыңқы бөліктерінің беті үлкен, бұл жылы қанды жануарларға көп жылу беруді қажет ететін ыстық климатқа қолайлы. Мысалы, көптеген қан тамырлары бар үлкен құлақтар, ұзын аяқ-қолдар және құйрық ыстық климат тұрғындарына тән (піл, аскөк түлкі, африкалық).ұзын құлақты джербоа). Суық жағдайда бейімделу аумақты көлемге дейін үнемдеу жолымен жүреді (итбалықтардың құлағы мен құйрығы).
Жылықанды жануарлар үшін тағы бір заң бар - бір филогенетикалық топтың солтүстік өкілдері неғұрлым алыс болса, соғұрлым олар үлкен болады. Бұл сонымен қатар булану бетінің көлемінің, сәйкесінше жылу жоғалтуының және жануардың массасының қатынасымен байланысты.
Этология және жылу беру
Мінез-құлық ерекшеліктері пойкилотермді және гомеотермді жануарлар үшін де жылу алмасу процестерінде маңызды рөл атқарады. Бұған дене қалпын өзгерту, баспана салу, түрлі көші-қон жатады. Шұңқырдың тереңдігі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым температура ағымы тегіс болады. Орта ендіктер үшін 1,5 метр тереңдікте маусымдық температура ауытқулары байқалмайды.
Топтық мінез-құлық терморегуляция үшін де қолданылады. Сонымен, пингвиндер бір-біріне мықтап жабысады. Үйіндінің ішінде температура тіпті ең қатты аязда да пингвиндердің дене температурасына жақын (+37 ° C). Түйелер де солай істейді - топтың ортасында температура шамамен +39 °C, ал ең шеткі жануарлардың жүнін +70 °C дейін қыздыруға болады.
Ұйқы күйі - бұл ерекше стратегия
Торпидтік күй (ступор) немесе қысқы ұйқы - бұл бейімделу мақсатында дене температурасының өзгеруін пайдалануға мүмкіндік беретін жылы қанды жануарлардың арнайы стратегиялары. Бұл күйде жануарлар дене температурасын ұстап тұруды тоқтатады және оны нөлге дейін төмендетеді. Күту күйі зат алмасу жылдамдығының төмендеуімен сипатталады жәнежинақталған ресурстарды тұтыну. Бұл жақсы реттелетін физиологиялық күй, терморегуляция механизмдері төменгі деңгейге ауысқанда – жүрек соғу жиілігі төмендейді (мысалы, жатақханада минутына 450-ден 35 соққыға дейін), оттегі шығыны 20-100 есе азаяды.
Ояну энергияны қажет етеді және өзін-өзі жылыту арқылы жүреді, оны суық қанды жануарлардың ессіздігімен шатастырмау керек, мұнда ол қоршаған орта температурасының төмендеуінен туындайды және дененің өзі реттемейтін күй (ояту). сыртқы факторлардың әсерінен пайда болады).
Ступор да реттелетін жағдай, бірақ дене температурасы бірнеше градусқа ғана төмендейді және жиі циркадиялық ырғақтармен бірге жүреді. Мысалы, колибрилер түнде дене температурасы 40°С-тан 18°С-қа дейін төмендегенде ұйып қалады. Торпор мен ұйықтау арасында көптеген ауысулар бар. Сонымен, біз аюлардың қысқы ұйқыдағы ұйқысын атағанымызбен, шын мәнінде олардың зат алмасуы аздап төмендейді, ал дене температурасы бар болғаны 3-6 ° C төмендейді. Дәл осы күйде қонжық төлдерін дүниеге әкеледі.
Су ортасында гомиотермді организмдер неге аз
Гидробионттардың (су ортасында тіршілік ететін организмдер) ішінде жылы қанды жануарлардың өкілдері аз. Киттер, дельфиндер, итбалықтар құрлықтан су ортасына қайта оралған екінші реттік су жануарлары. Жылы қандылық ең алдымен метаболикалық процестердің жоғарылауымен байланысты, оның негізі тотығу реакциялары болып табылады. Ал бұл жерде оттегі басты рөл атқарады. Және, өзіңіз білетіндей, всу ортасында оттегінің мөлшері көлем бойынша 1% жоғары емес. Судағы оттегінің диффузиясы ауаға қарағанда мыңдаған есе аз, бұл оның қолжетімділігін одан да аз етеді. Сонымен қатар, температураның жоғарылауымен және судың органикалық қосылыстармен байытылуымен оттегі мөлшері азаяды. Осының бәрі су ортасындағы жылы қанды ағзалардың көп болуын энергетикалық жағынан қолайсыз етеді.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Жылы қанды жануарлардың суық қандылардан басты артықшылығы - олардың қоршаған орта температурасына қарамастан әрекет етуге дайындығы. Бұл аязға жақын түнгі температураға және жердің солтүстік аумақтарын игеруге төтеп беру мүмкіндігі.
Жылы қандылықтың басты кемшілігі – дене температурасын тұрақты ұстау үшін көп энергия тұтыну. Ал мұның негізгі көзі – тамақ. Жылы қанды арыстан бірдей салмақтағы суық қанды қолтырауынға қарағанда он есе көп тамақты қажет етеді.
