Гомойотермные животные: примеры, особенности, плюсы и недостатки эндотермии

Различные стратегии, используемые экзотермическими животными для повышения температуры

Для повышения температуры хладнокровные экзотермические животные используют несколько способов повышения внутренней температуры тела. В принципе, они меняют окружающую среду. Таким образом, некоторые будут нагреваться на солнце, как ящерица или змеи. Другие преодолевают тысячи километров, чтобы поплавать в более теплых водах или заняться физической активностью. Для некоторых эти изменения являются довольно деликатными. Ововивипарные животные, которые хранят яйца в своем теле, например, самки змей, должны находиться в тепле, но не слишком холодном, чтобы температура их тела в этот период жизни не слишком сильно колебалась.

Примечания

1. http://pdnr.ru/a19567.html (рус.)

2. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1467874&tool=pmcentrez (англ.)
   http://elementy.ru/news/430671 (рус.)

3. http://phys.org/news177755291.html (англ.)

4. [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.

5. Paul, G.S. (1988). Predatory Dinosaurs of the World. New York: Simon and Schuster. p. 155. ISBN .

6. 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 .

7. Summers, A.P. (2005). «Evolution: Warm-hearted crocs». Nature. 434 (7035): 833–834.

Теплокровные животные

животные с постоянной температурой (Homoiothermata, как их предложил назвать Бергман). К числу их относятся млекопитающие и птицы. Все остальные животные относятся к числу холоднокровных или, точнее, к числу животных с непостоянной температурой, изменяющейся в зависимости от температуры среды (Poikilothermata). У последних химические реакции, происходящие в теле и служащие источником тепла, настолько слабы, что едва покрывают естественную потерю тепла, и потому температура их тела лишь на несколько градусов или даже только на несколько десятых градуса превышает температуру окружающей среды. Так, морской еж при температуре среды в 8, 6° имеет температуру крови 10,96°, а рыбка Trigla hirundo при 12° имеет температуру 12, 75°. Впрочем, процесс окисления у насекомых идет энергично, и если их температура все-таки непостоянна, то это происходит вследствие малой величины их тела, при которой поверхность лучеиспускания является относительно громадной.
В ульях пчел температура иногда превышала +40° Ц. Точно так же холоднокровные животные, насиживающие яйца, в это время имеют весьма повышенную температуру. Это наблюдалось на питонах, причем у них во время насиживания была обнаружена температура +41, 5° при +22° в окружающей среде. У Т. животных температура вследствие сильной энергии окислительного процесса более или менее постоянна. У птиц она более +40° (иногда 43°), у млекопитающих в среднем 39, 5°, у человека немного более 37°. Обезьяны имеют температуру — 38, 1; собака 39, 25; лисица 39, 2; кролик 39, 8; морская свинка 39, 2; овца 39, 05; бык 39, 7; теленок 39, 5; свинья 39, 7; лошадь 39, пластинчатоклювые птицы 42. 2; куриные и голубиные 42, 5; у других 42. Впрочем, некоторые Т. представляют значительные колебания температуры. Так, низшее из млекопитающих — ехидна, по наблюдениям Семона, представляет колебания температуры в заднем проходе от 26, 5 до 34, 0, а в полости тела от 29, 9 до 36, 0; по наблюдениям Сутерланда — от 22 до 36, 6. Затем, у всех животных, подверженных спячке (см.), во время сна температура чрезвычайно падает и подчиняется колебаниям температуры окружающей среды. Все холоднокровные зимой, естественно, цепенеют, a иногда, как амфибии, рыбы и многие беспозвоночные, обладают способностью замерзать и снова оттаивать без вреда для себя, тогда как животные Т. всегда обладают достаточным запасом химической энергии, чтобы противостоять действию среды, и к оцепенению не способны (см. Температурные, границы жизни).

Б. Шимкевич.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон
.
1890-1907
.

Смотреть что такое «Теплокровные животные» в других словарях:

Большой Энциклопедический словарь

То же, что гомойотермные животные. * * * ТЕПЛОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ ТЕПЛОКРОВНЫЕ ЖИВОТНЫЕ, то же, что гомойотермные животные (см. ГОМОЙОТЕРМНЫЕ ЖИВОТНЫЕ) … Энциклопедический словарь

теплокровные животные — šiltakraujai gyvūnai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Gyvūnai (paukščiai ir žinduoliai), gebantys patys susikurti ir palaikyti beveik pastovią kūno temperatūrą. atitikmenys: angl. homothermous animals; warm blooded animals… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

— (гомойотермные животные), животные, поддерживающие внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Постоянство температуры тела обеспечивается механизмами терморегуляции. К теплокровным… … Биологический энциклопедический словарь

То же, что Пойкилотермные животные … Большая советская энциклопедия

То же, что гомойотермные животные … Естествознание. Энциклопедический словарь

Некоторые особенности

Некоторые животные не подходят ни под одну из вышеперечисленных категорий. Они используют лишь частичную терморегуляцию, как, например, акулы, тунец или рыба-меч, которые могут регулировать температуру своего мозга, сердца и глаз при охоте в очень холодных водах.

Другие животные используют коллективную терморегуляцию для совместного согревания, например, пчелы, которые вибрируют крыльями, чтобы согреть улей зимой или охладить его летом.

Животные используют другие стратегии для согревания или охлаждения своей внутренней температуры, будь то гомеотермы или эктотермы. Например, змеи, ящерицы и другие рептилии выставляют себя на солнце, чтобы повысить внутреннюю температуру, которая может легко достигать 45°. Другие используют толстый слой подкожного жира, как моржи, или очень толстые перья, как пингвины, а также собираются в группы, как императорские пингвины.

Чтобы сохранить тепло, эктотермическое животное все равно учитывает свой размер, потому что чем меньше оно, тем большую площадь поверхности тела оно должно обнажить. То же самое относится и к тем, кто вынужден снижать температуру, укрываясь в тени, как некоторые насекомые в пустыне.

Эти различия между экзотермическими животными и гомеотермными животными имеют одну общую черту: поддержание температуры, достаточной для выживания в среде, адаптированной для каждого вида.

Разнообразие холоднокровных животных

В зоологии холоднокровные животные – это примеры низкоорганизованных классов животного мира. К их числу относятся все беспозвоночные и часть позвоночных: рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. Исключение составляют крокодилы, которые тоже являются пресмыкающимися. В настоящее время к данному типу также относят еще один вид млекопитающих — голый землекоп. Изучая эволюцию, многие ученые до недавнего времени относили к холоднокровным и динозавров. Однако на теперешний момент существует мнение, что они все же были теплокровными по инерционному типу терморегуляции. Это означает, что древние гиганты имели способность накапливать и удерживать за счет огромной массы солнечное тепло, что позволяло им сохранять постоянную температуру.

Кто относится к той и другой группе

Теплокровными
среди современных животных являются почти все млекопитающие: слоны, тигры, коровы и множество других. Единственный уникальный представитель, который выбивается из этого ряда, – небольшой грызун под названием голый землекоп. Человек с точки зрения биологии тоже «собрат» млекопитающих. Следовательно, он относится к теплокровным. В эту категорию также входят птицы.

Тем временем всей группе беспозвоночных (насекомым, червям, моллюскам и прочим) соответствует характеристика «холоднокровные
». Сюда же причисляют некоторых позвоночных: пресмыкающихся, амфибий и обитателей исключительно водной стихии – рыб.

Классификация видов

Класс разделён на 2 подкласса: живородящие и первозвери. Живородящие также подразделяются на плацентарную и сумчатую группы. У последних плацента плохо развита, поэтому потомство рождается недоношенным. Детёныши продолжают свой рост в сумках. К таким видам относится опоссум, кенгуру, вомбат и коала.

У плацентарных животных процесс развития плотностью происходит в плаценте. Эта группа подразделяется на отдельные отряды. Среди основных можно выделить такие:

1. Насекомоядные. Это маленькие животные, у которых структура морды состоит из неподвижного хоботка. Наиболее распространёнными представителями являются кроты, выхухоль, ежи.
2. Рукокрылые. Этот отряд больше всего отличается от других видов млекопитающих. Передние лапы у них трансформировались в крылья, благодаря чему животные способны летать. К таким относятся летучие мыши, кожанки и ночницы.
3. Грызуны. Эти животные имеют пару резцов на каждой челюсти. Зубы постоянно растут и стачиваются, коренные отсутствуют. Самыми яркими представителями являются мыши, крысы, бобры, белки.
4. Китообразные. Особенностью можно считать отсутствие шерстяного покрова, задних конечностей и ушных раковин. Китообразные живут только в воде.
5. Хищные. Имеют хорошо развитые клыки и мускулы челюстей. На каждой конечности есть по 5 или 4 пальца.
6. Зайцеобразные. Как и грызуны, у них есть развитые резцы на нижней и верхней челюсти. Эти животные имеют большие и сильные задние лапы.
7. Парнокопытные. Самыми развитыми пальцами является 3и 4-й. Именно они образуют копыта. Еще одной отличительной чертой считается четырёхкамерный желудок.
8. Непарнокопытные. Эти животные имеют нечётное количество пальцев. Среди представителей можно выделить лошадь, тапира, носорога.
9. Ластоногие. Пропитание добывают в море или океане, но размножаются на берегу. К таким относятся моржи и тюлени.
10. Приматы. На конечностях расположено по пять пальцев, благодаря чему есть хватательная способность. Отряд включает в себя все виды обезьян. Некоторые учёные к приматам относят и человека.

Предвзятое представление о температуре крови животных

Когда мы говорим о температуре так называемого холоднокровного или теплокровного животного, мы сразу же вспоминаем о температуре крови. Этот термин неверен, так как многие виды животных не имеют крови в своем теле, но при этом они живые и являются частью животного царства. В действительности это изменение температуры тела вида. У некоторых так называемых холоднокровных животных внутренняя температура может легко достигать 45°. Теплокровные животные, с другой стороны, могут понижать свою температуру ниже 30° и даже больше. Виды, температура которых может быть переменной или фиксированной, являются гомеотермическими животными, а остальные — эктотермическими.

Этология и теплообмен

Поведенческие особенности также играют немаловажную роль в процессах теплообмена, как для пойкилотермных, так и гомойотермных животных. Сюда относится и изменения позы, и постройка укрытий, и различные миграции. Чем больше глубина норы, тем более сглажен ход температур. Для средних широт на глубине уже в 1,5 метра сезонные колебания температур незаметны.

Для терморегуляции используется и групповое поведение. Так, пингвины сбиваются в кучу, плотно прижимаясь друг к другу. Внутри кучи температура близка к температуре тела пингвинов (+37 °C) даже в самые сильные морозы. Верблюды делают то же самое – в центре группы температура около +39 °C, а шерсть крайних животных может нагреваться до +70 °C.

Адаптация к окружающей среде

Пик активности холоднокровных и основные жизненные процессы (спаривание, размножение, выведение потомства) приходится на теплый период — весну и лето. В это время мы повсеместно можем видеть множество насекомых и наблюдать их жизненные циклы. В околоводных и водных местностях можно встретить массу земноводных (лягушек) и рыб на разных стадиях развития.

В лесах и на лугах довольно часто встречаются пресмыкающиеся (ящерицы, разных поколений.

С приходом осени или в конце лета животные начинают усиленно готовиться к зимовке, которую большинство из них проводят в анабиозе. Для того чтобы не погибнуть в период холодов, подготовительные процессы по запасу питательных веществ в их организмах происходят заблаговременно, в течение всего лета. В это время клеточный состав меняется, в нем становится меньше воды и больше растворенных компонентов, которые будут обеспечивать процесс питания весь зимний период. С понижением температуры уровень обмена веществ тоже замедляется, расход энергии уменьшается, что позволяет холоднокровным всю зиму проводить в спячке, не заботясь о добыче пищи. Также важным этапом подготовки к неблагоприятным температурным условиям является сооружение закрытых «помещений» для зимовки (ямы, норы, домики и т. д.). Все эти жизненные явления носят цикличный характер и повторяются из года в год.

Данные процессы также являются безусловными (врожденными) рефлексами, передающимися по наследству из поколения в поколение. Животные, которые претерпевают определенные мутации в генах, отвечающих за передачу этой информации, погибают в течение первого года жизни, а их потомство также может унаследовать эти нарушения и быть нежизнеспосбным.

Толчком к пробуждению от анабиоза становится повышение температуры воздуха до необходимого уровня, который характерен для каждого класса, а иногда и вида.

Согласно холоднокровные животные — это низшие существа, у которых из-за слабого развития нервной системы механизмы терморегуляции тоже не совершенны.

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.

Физиологическая адаптация растений

Изменения температуры, экологического фактора среды, заставляют живые организмы приспосабливаться следующим образом:

• снижение собственных размеров, увеличение репродуктивных органов;
• формирование укороченных побегов;
• сохранение отмерших листьев на кронах;
• опушение побегов;
• покрытие листьев воском;
• оплетение корнями теплых камней;
• погружение части растения в почву.

Также физиологической защитой от изменения температуры является усиленное испарение воды. Такую форму защиты растения используют в жарких влажных районах. В пустынях и степях короткий цикл развития защищает от воздействия высоких температур. Весь цикл происходит весной, а лето растения переживают в состоянии покоя луковиц или корневищ. Мхи и лишайники при высоких температурах впадают в состояние анабиоза.

Механизмы терморегуляции традиционно теплокровных животных

Создание и сохранение тепла

Организмы, которые традиционно считаются теплокровными, имеют большое число митохондрий на клетку, что дает им возможность производить тепло, увеличивая скорость «сжигания» жиров и сахаров. Это требует гораздо большего количества пищи, чем количество, потребляющих хладнокровные животные, для восстановления жировых и сахарной резервов.

Многие эндотермических животных дополняют клеточный механизм дрожью в холодных условиях, с целью преобразования жиров и сахаров на тепло с помощью мускульной активности. Зимой, когда часто не хватает пищи для поддержания высокой скорости обмена веществ в течение всего дня, некоторые организмы переходят в гипотермический состояние, известное как спячка или глубокий сон. В таком состоянии энергия сохраняется за счет снижения температуры тела. Многие птицы и маленьких млекопитающих (например тенреки) также позволяют температуре тела снижаться ночью, сокращая потребление энергии, необходимой для поддержания температуры тела. Даже человек несколько снижает скорость метаболизма в течение сна.

Потеря тепла больше угрожает небольшим организмам, поскольку они имеют большее соотношение внешней площади к объему. Наименьшие теплокровные животные имеют теплоизоляцию в виде меха или перьев. Водные теплокровные животные вообще используют глубокие слои жира под кожей для изоляции, потому что мех или перья неефективни в их окружениях. Пингвины используют как перья, так и жир, потому что их полуводный образ жизни ограничивает степень изоляции, которую может предоставить перьев. Птицы, особенно болотные, имеют кровеносные сосуды на нижних частях ног, служат теплообменниками — вены расположены рядом с артериями и поэтому забирают их тепло и переносят его обратно в кровоток. Многие теплокровных животных белые или светлые, сокращая потери тепла за счет излучения и из-за сокращения потока крови через кожу.

Охлаждение и предотвращения перегрева

В тропическом и экваториальном климате и в течение лета в умеренных районах перегрев является таким же угрозой, как и холод. В жарких условиях многие теплокровных животных увеличивают потерю тепла увеличением дыхания и испарением влаги в легких, и увеличением потока крови через кожу. Безволосые и коротковолосого млекопитающие кроме того потеют, потому что испарения пота также снижает температуру. Слоны сохраняют спокойствие, используя свои огромные уши подобно радиаторов: они размахивают своими ушами, увеличивая поток воздуха над ними.

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.

Экологическая классификация

Границы оптимальных жизненных температур определяют деление жизненных форм на планете на две группы – криофилы и термофилы. Первая группа предпочитает для жизни холод и специализирована для жизни именно в таких условиях. Более 80% биосферы планеты — это холодные области со средней температурой +5 °C. Это глубины океанов, пустыни Арктики и Антарктики, зоны тундры и высокогорья. Повышенную холодостойкость обеспечивают биохимические адаптации.

Ферментативная система криофилов эффективно понижает энергию активации биологических молекул и поддерживает метаболизм в клетке при температуре близкой к 0 °C. При этом адаптации идут в двух направлениях – в приобретении резистентности (противостояния) или толерантности (устойчивости) к холоду. Экологическая группа термофилов – это организмы, оптимальными для жизни которых являются области высоких показателей температур. Их жизнедеятельность также обеспечивается специализацией биохимических адаптаций. Стоит упомянуть, что с усложнением организации организма способность его к термофилии падает.

Определение термина «теплокровность»

Обычно термин «теплокровность» ссылается на три отдельные аспекты терморегуляции:

1. Ендотермия (от греч. Endo — «в пределах» и therm — «тепло») — способность некоторых организмов контролировать температурами своих тел с помощью внутренних средств, например, дрожание мышц или внутриклеточных средств. Некоторые авторы ограничивают значение термина конкретными механизмами повышения скорости метаболизма животных для получения тепла. Противоположность ендотермии — экзотермии.

2. Гомойотермия (от греч. Homoios — «похожий» и therm — «тепло») — терморегуляция, что позволяет поддерживать постоянную внутреннюю температуру тела, несмотря на внешнее воздействие. Эта температура обычно выше, чем температура непосредственного окружения. Противоположность гомойотермии — пойкилотермия.

3. Тахиметаболизм (от греч. Tachy — «быстро» и metabol — «меняться») — вид терморегуляции, характерный для организмов с высоким уровнем основного обмена, то есть скорости метаболизма в состоянии покоя. Тахиметаболични организмы, по сути, сохраняют высокую активность в течение всего времени. Хотя их основной обмен и медленнее их скорость основного обмена в активном состоянии, разница не так велика, как в брадиметаболичних организмах. Тахиметаболични организмы, как правило, требуют больше пищи и хуже переносят ее нехватку.

Подавляющее большинство организмов, как традиционно называются «теплокровными» (млекопитающие и птицы), соответствуют всем трем определению. Однако, в течение второй половиниы 20-го века, исследования животных обнаружили много видов, принадлежащих к одной из этих групп, но не отвечают всем трем определением теплокровности. Например, многие летучих мышей и малых птиц — пойкилотермични и брадиметаболични во время сна. Для этих организмов используется другой термин — гетеротермия.

С другой стороны, исследования животных, которые традиционно считались хладнокровными, показали, что большинство организмов имеют различные комбинации свойств, характерных для теплокровных животных, вместе со свойствами, характерными для холоднокровных (ектотермия, пойкилотермия и брадиметаболизм), создавая широкий спектр типов терморегуляции тела .

Теплокровные гомеотермические животные

Теплокровные гомеотермические животные относятся к видам, внутренняя температура которых может меняться. Они обладают способностью к термогенезу, то есть способностью вырабатывать тепло. Независимо от того, насколько жарко на улице, их внутренняя температура остается более или менее одинаковой. Эти теплокровные или, точнее, гомеотермные животные тратят много энергии на регулирование внутренней температуры и питаются гораздо чаще, чем эктотермные животные. Люди относятся к этой категории. Наша температура держится около 37° днем и ночью, независимо от времени года и погодных условий. Внутренняя температура может повышаться при наличии заболевания. В этом случае, когда температура повышается, это называется лихорадкой. Это повышение является предупреждением, а лихорадка помогает бороться с болезнью. К гомеотермическим животным относятся птицы и млекопитающие.

Среди так называемых теплокровных гомеотермических животных есть исключение. Это гетеротермные животные, обладающие способностью впадать в спячку, такие как, например, медведи. Зимой, когда холодно, им удается снизить температуру тела, чтобы затратить минимум энергии, за счет сна в самое холодное время года. Эта способность помогает им противостоять голоду в этот период. Некоторые птицы также гомеотермичны, например, свиристель, когда она уже не может сама себя прокормить. В течение целой ночи зимой она способна впадать в летаргию, чтобы сохранить свою энергию.

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.

Заключение

Холоднокровные животные имеют ряд специфических отличий. Они могут быть более активными и быстрыми, что обусловлено реакцией на тепло. В случае дефицита солнечного тепла, животные могут становиться довольно вялыми и пассивными. Примечателен тот факт, что многие из них не нуждаются в большом количестве еды. Некоторые змеи могут употреблять пищу только один раз в месяц. Холоднокровным представителям фауны свойственно впадать в спячки, в которых они переживают холодные зимние времена года. Если температура их ареала обитания держится на минусовой отметке длительное время, то ряд животных может погибнуть.

Источник