Пойкилотермия у живых существ
К пойкилотермным организмам относят все современные таксоны органического мира, кроме двух классов позвоночных животных – птиц и млекопитающих . Долгое время считалось, что все млекопитающие являются теплокровными , однако современные исследования показали, что голый землекоп - единственный известный на сегодняшний день холоднокровный представитель этого класса ; предполагалось также, что к пойкилотермным млекопитающим относился вымерший балеарский козёл . Дискуссионным также является вопрос о том, относились ли к холоднокровным животным динозавры , однако в последнее время учёные больше склоняются к версии их теплокровности, исходя из исследований изотопов кислорода , темпов роста и т.п. Кроме того, также постоянно растёт число находок динозавров с плотными перьеподобными покровами даже у тех видов, которые к полёту не имели никакого отношения. Считается, что теплокровность - базальный признак всех архозавров и теплокровными были даже многие крокодиломорфы , в том числе предки современных крокодилов . Нередко выделяемое понятие инерционной теплокровности или гигантотермии - когда организм прогревается на солнце, после чего за счёт больших размеров тела держит относительно постоянную температуру, как крупные современные крокодилы , не следует выносить из определения пойкилотермии, поскольку организм все также неспособен самостоятельно вырабатывать достаточное количество тепла.
Физиологическое описание
Механизмы терморегуляции у холоднокровных несовершенны, что объясняется пониженным уровнем обмена веществ , который примерно в 20-30 раз медленнее, чем у гомойотермных животных, и особенностями их нервной системы. Температура тела обычно на 1-2 °C выше температуры окружающей среды или равна ей. Повышение температуры происходит в результате поглощения солнечного тепла, тепла нагретых поверхностей (поведенческая терморегуляция) или работы мышц.
На выход температуры внешней среды за пределы предпочтительного диапазона (оптимума) холоднокровные реагируют вхождением в состояние анабиоза , и за счет снижения энергозатрат переживают температурный стресс.
Основным недостатком пойкилотермности является медлительность животных при температуре ниже оптимума.
См. также
Примечания
- http://pdnr.ru/a19567.html (рус.)
- http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1467874&tool=pmcentrez (англ.)
http://elementy.ru/news/430671 (рус.) - http://phys.org/news177755291.html (англ.)
- [http://palaeo-electronica.org/1999_2/gigan/issue2_99.htm THERMOPHYSIOLOGY AND BIOLOGY OF GIGANOTOSAURUS: COMPARISON WITH TYRANNOSAURUS] (неопр.) . palaeo-electronica.org. Проверено 19 июля 2017.
- Paul, G.S. (1988). Predatory Dinosaurs of the World . New York: Simon and Schuster. p. 155. ISBN .
- Armand de Ricqlès, Kevin Padian, Fabien Knoll, John R. Horner. On the origin of high growth rates in archosaurs and their ancient relatives: Complementary histological studies on Triassic archosauriforms and the problem of a “phylogenetic signal” in bone histology // Annales de Paléontologie. - 2008-04-01. - Т. 94 , вып. 2 . - С. 57–76 . - DOI :10.1016/j.annpal.2008.03.002 .
- Summers, A.P. (2005). "Evolution: Warm-hearted crocs". Nature . 434 (7035): 833–834.
Источник энергии, используемый животными является главным критерием, на основе которого животных разделяют на две группы: холоднокровных (пойкилотермия или эктотермия) и (гомойотермия или эндотермия).
Холоднокровные животные не могут самостоятельно регулировать внутреннее тепло, поэтому температура их тела не постоянна и меняется в зависимости от условий . В жаркой среде, их кровь может быть гораздо теплее, чем у теплокровных животных, в том же районе. Для того, чтобы регулировать температуру, пойкилотермные животные греются на открытом солнце или охлаждаются в тени.
Примеры холоднокровных животных
Характеристика пойкилотермных животных
В теплой среде обитания, холоднокровные животные более активны и могут перемещаться относительно быстро. Это происходит потому, что термоактивируемые реакции обеспечивают энергию для работы мышц. Если тепла недостаточно, то животное становится вялым и медленным. Поэтому холоднокровные, как правило, неактивны и отдыхают, когда холодно.
Поскольку пойкилотермные животные не нуждаются в большом количестве пищи, они тратят меньше времени на ее поиск. В таких местах, как , где пищи мало, ящерицы и змеи имеют преимущество. Большинство холоднокровных животных впадают в спячку, чтобы , или имеют короткую продолжительность жизни, как и в случае многих насекомых.
Перемещаются в более глубокие и теплые воды, в то время как насекомые прячутся под землей или в обогреваемых местах, чтобы избежать зимнего холода. Некоторые виды рыб имеют специальный белок в крови со свойствами антифриза.
Во избежания длительных периодов на дневной жаре многие холоднокровные животные спят в прохладных или затененных местах. Летняя спячка или летний сон отличается от зимней спячки тем, что длится только в течение дня.
Преимущества пойкилотермии
Так как холоднокровные не генерируют свое собственное тепло, отношение массы к площади поверхности тела не столь важно, как у теплокровных животных. Таким образом, пойкилотермные животные могут быть как маленькими (насекомые, улитки, ящерицы и т.п.), так и очень большими (крокодилы). Кроме того, температура их тела не является постоянной, поэтому они меньше страдают от болезней, чем теплокровные животные.
Так как холоднокровные не нуждаются в пище, чтобы генерировать тепло, они могут выжить без кормления в течение длительного времени, именно поэтому некоторые змеи питаются только один раз в месяц. В периоды дефицита пищи, пойкилотермные животные малоактивны и преимущественно отдыхают. Большая часть пищи, которую они употребляют преобразовывается в массу тела.
Недостатки пойкилотермии
Холоднокровные животные, как правило, распространены в более теплых регионах мира. Когда температура падает, их метаболизм замедляется. Если температура остается холодной в течение длительных периодов, пойкилотермные животные могут умереть.
Рыбы
– хладнокровные позвоночные животные, преимущественно живущие в воде. Тело их состоит из: головы, туловища и хвоста, органы движения – плавники. Дышат рыбы с помощью жабр. У рыб есть всего один круг кровообращения и двухкамерное сердце. Кожа имеет много желез, выделяющих слизь. У большинства рыб тело покрыто костными чешуйками. Глаза не имеют век, ноздри не соединены с глоткой, есть только внутреннее ухо, развитая боковая линия. Почки лентовидные (туловищные). Рыбы развиваются превращением: из икры или яиц выходят личинки, которые впоследствии превращаются в молодую рыбку (малек).
Хвостовой плавник придает рыбам поступательное движение; спинные и анальный плавники придают телу устойчивость; парные (грудные и брюшные) плавники играют роль рулей при поворотах и с их помощью рыба медленно движется вперед. У скатов поступательное движение осуществляют очень большие грудные плавники.
У рыб хорошо развит спинной и головной мозг. С отделов головного мозга хорошо развиты мозжечок, отвечающий за координацию движений, продолговатый, промежуточный и средний мозг, где находятся центры, управляющие жизненно важными функциями. Передняя часть мозга в основном является обонятельным анализатором, он маленький и не имеет коры. Глаза не имеют век, рыбы видят на небольшое расстояние. Ноздри ведут в замкнутый мешок, где содержатся рецепторы обоняния. Вкусовые рецепторы расположены в ротовой полости, а также на всей поверхности тела, так же как и рецепторы прикосновения (у сомов, трески и других рыб вблизи рта есть совместный орган осязания – усики). Орган боковой линии расположен по бокам туловищных и хвостовой частей тела рыбы. Это ряд отверстий, ведущих к заполненому слизью подкожного канала с рецепторами. Этот орган воспринимает силу и направление колебания воды. Благодаря этому «шестому чувству» стая даже с миллион рыб плывет слаженно, как единое существо.
В толще черепа рыбы расположено внутреннее ухо, не соединённое с внешней средой.
По сердцу, брюшной аорте и брюшной вене проходит венозная кровь, а по спинной аорте – артериальная.
Чешуя рыб состоит из костной ткани. Жаберная дуга – это тонкая кость, на которой расположены жаберные лепестки и тычинки.Спинной мозг рыб расположен в позвоночном канале, образованном отверстиями верхних дуг позвонков.
Рыбы возникли от щитковых, перешедших к хищникам. Часть жаберных дуг превратилась в органы захвата добычи – челюсти; для увеличения маневренности плавания, необходимой при охоте, возникают парные плавники. Щитки дают начало зубам и чешуе.
Рыбы дышат жабрами. Жабры состоят из скелетных элементов – жаберных дуг, входящих в состав черепа, и мягких образований – жаберных лепестков и жаберных тычинок. Рыба заглатывает воду, которая попадает в глотку, а оттуда через жаберные щели, расположенные между жаберными дугами, – наружу. Жаберные тычинки расположены с одной стороны каждой жаберной дуги. Они мешают выходу питательных частиц из глотки вместе с водой (цедильный аппарат). С другой стороны каждой дуги лежат красные жаберные лепестки пронизаны кровеносными капиллярами, где происходит газообмен.
На свете есть огромное множество различных животных, каждое из которых уникально и неповторимо по своей природе, но есть определенные категории, которые объединяют животных по общим характеристикам. Также, каждое животное по-разному приспосабливается к температурным изменениям окружающей среды. По этому признаку различают теплокровных (гомойтермных) и холоднокровных (пойкилотермных) животных. К теплокровным животным можно отнести всех птиц и млекопитающие, а к холоднокровным беспозвоночных животных, а также рыб, пресмыкающихся и земноводных, которые являются позвоночными. В этом правиле, однако, есть несколько исключений. Так, существует уникальный вид млекопитающих, которые является холоднокровным. А когда-то существовал и еще один представитель холоднокровных млекопитающих – балеарский козел, но в настоящий момент этот вид является вымершим.
Теплокровные и холоднокровные животные совершенно по-разному реагируют на изменения погоды. Каждый из этих двух классов животных имеет положительные и отрицательные стороны, которые где-то являются помощниками, а где-то делают животное уязвимым. Так, в то время как теплокровные животные стоят на более высокой ступеньке эволюции и, соответственно, их способ терморегуляции является более совершенным, им нужно больше энергозатрат на поддержание жизнедеятельности организма, и, поэтому, есть нужно намного больше. Поэтому зачастую для них не столько страшны холода, сколько риск голода. Теплокровные животные отличаются тем, что всегда имеют примерно одинаковую температуру тела. Например, нормальная температура тела людей (мы тоже теплокровные «животные» - млекопитающие) 36,6 градусов. Если температура выше или ниже, это уже плохо. Это значит, что человек болен. Точно также и остальные теплокровные животные - неважно, какая температура вокруг, температура его тела всегда неизменна. Для того, чтобы сохранять температуру постоянной, животные имеют систему саморегуляции. Для защиты от холода, у зверей и птиц есть шерсть или перья, а также слой подкожной жировой клетчатки, а для защиты от жары «придумано» потоотделение. Существует также химическая терморегуляция (когда животное старается «выработать» тепло) и поведенческая терморегуляция (когда животное перемещается в пространстве, чтобы найти более теплое место).
Как мы уже заметили, температура тела теплокровных неизменна. У холоднокровных же все с точностью до наоборот. Температура их тела меняется в соответствии с температурой окружающей среды. Первая всего на один или два градуса выше второй, или равна ей. Животные данного класса не имеют механизмов саморегуляции температуры, но могут повысить ее, греясь на солнце или расположившись на теплых камнях, а также за счет активной работы мышц. Если же температура опускается слишком низкой - ниже допустимого диапазона - животное входит в состояние анабиоза или, попросту, засыпает.
Таким образом, теплокровные и холоднокровные животные имеют следующие различия: 1. Теплокровные животные имеют постоянную температуру тела, а холоднокровные меняют ее в зависимости от погодных условий. 2. Теплокровные животные имеют механизмы саморегуляции температуры тела, а холоднокровные регулируют последнюю за счет прогревания на солнце или на теплой поверхности, а также за счет пребывания в воде. 3. Теплокровные животные сохраняют активность в любое время года, холоднокровные часто впадают в спячку при слишком низких температурах.
На Земле существует приблизительно 1,5 миллиона видов изученных животных. Они населяют все континенты. По мнению ученых, еще больше видов предстоит открыть! Но многим видам грозит опасность исчезновения, в частности из-за воздействия человека на окружающую среду. Вырубка лесов, загрязнение или охота - все это угрожает животному миру.
Каждое животное развивается в своей естественной среде, питается и размножается согласно особенностям той породы, к которой оно принадлежит. Существуют основные правила, которые помогают научиться различать разные виды животных.
От самого маленького к самому большому
В природе можно найти животных разных форм и размеров. Среди самых больших приведем в пример кита, который может достигать 25 метров в длину при весе в 120 тонн. На суше самыми большими млекопитающими являются слоны. С другой стороны, некоторые микроскопические организмы имеют размер лишь 0,05 мм в длину и даже меньше. А самая маленькая мушка не превосходит 0,2 мм!
Теплокровные и хладнокровные животные
Большая часть животных - хладнокровные (или экотермические). Это значит, что температура их тела зависит от температуры окружающей среды, как, например, у насекомых, рептилий или амфибий. Теплокровные (или эндотермические) животные поддерживают постоянную внутреннюю температуру тела, вырабатывая собственное тепло. Такими, например, являются птицы или млекопитающие.
Позвоночные и беспозвоночные
Различают класс позвоночных и беспозвоночных животных. Позвоночные имеют позвоночный столб, а беспозвоночные его не имеют. Они-то и являются самыми многочисленными и составляют 97% всех животных. Кальмар - самое крупное беспозвоночное: он может превосходить 16 метров в длину. Но в большинстве своем беспозвоночные - это крошечные особи, мало заметные или вовсе невидимые невооруженным глазом и, следовательно, менее известные.
Группы животных
Млекопитающие
Тело млекопитающих покрыто шерстью. Самки выкармливают своих детенышей собственным молоком , откуда и происходит название - млекопитающие . Это теплокровные животные , то есть температура тела у них постоянна. (Для человека так же характерны эти признаки). Хотя большая часть млекопитающих эволюционировала на суше, они также освоили и водную среду (речь идет о китообразных, таких как дельфин или кит), реже их можно встретить в воздухе: летучая мышь является единственным летающим млекопитающим.
Рептилии
Температура тела рептилий колеблется в зависимости от температуры окружающей среды, поэтому они любят теплые места обитания. Рептилии могут быть яйцекладущими (то есть несут яйца) и яйцеживородящими (сперва детеныши вылупляются в организме матери и только потом выталкиваются наружу). Их кожа покрыта роговой чешуей. Среди рептилий принято выделять следующие категории: чешуйчатые (змеи и ящерицы), черепахи и крокодилы. Динозавры и множество других ископаемых видов также были рептилиями.
Беспозвоночные
Беспозвоночные названы так потому, что их тело не имеет внутреннего скелета. При этом в большинстве случаев они маленького размера и представляют собой необычайно разнообразную группу: именно они составляют приблизительно 97% от всех представителей животного царства. Так как они были среди первых видов животных, появившихся на Земле, сейчас беспозвоночные встречаются повсюду, в особенности в водной среде, там, где и началась жизнь.
Амфибии
Амфибии - хладнокровные позвоночные, такие как тритоны и саламандры или лягушки и жабы. Эти животные появляются в воде и остаются там до тех пор, пока не подрастут и не выйдут на сушу. Большинство амфибий начинает жизнь в воде в виде личинок (как, например, головастики - личинки лягушек). Во взрослом состоянии они видоизменяются, покидают воду и выходят на сушу.
Птицы
На Земле существует более 9 200 видов птиц. Приблизительно половина из них - перелетные. Они совершают дальние перелеты на постоянную зимовку.
Из всех летающих животных птицы - наиболее интересные. Это позвоночные теплокровные животные, в отличие от млекопитающих - яйцекладущие. У них легкий скелет (так как большая часть костей - полая), а наличие особой дыхательной системы, крыльев и оперения позволяет им летать в воздухе.
В воздухе, на земле или в морях
Способы движения у млекопитающих очень разнообразны, но только летучая мышь способна летать. Некоторые млекопитающие являются древолазами, то есть живут на деревьях - как, например, обезьяны, другие живут в воде (дельфины или киты). Большинство наземных млекопитающих в большинстве своем четвероногие (то есть перемещаются на четырех лапах) или двуногие (перемещаются на двух лапах, как кенгуру).
