Кои животни са пойкилотермни
Защо пойкилотермичен? Тъй като телесната температура се променя с температурата външна среда... Това са всички риби, всички земноводни, почти всички влечуги и влечуги. Земноводните (наричани още земноводни) включват жаби, жаби, саламандри, тритони. Влечуги: крокодили, костенурки, гущери, змии, усойници, змии и други пълзящи животни.Хладнокръвен живот през студено и студено време
Студенокръвните животни се срещат главно в умерения пояс. В крайна сметка температурата във водната зона там зависи от сезона и температурен режимрегион. С идването на зимата, студа и слана всички земноводни, влечуги и други живи същества заспиват, криейки се някъде в корените на дърветата, под лед, в камъни. И тези животни спят зимен сън за дълго време - до осем или девет месеца. Далеч преди настъпването на първото студено време хладнокръвните животни започват да се подготвят за идващата зима. В тялото им започват метаморфози. Увеличете запасите хранителни вещества, с помощта на които обмен на енергияпрез зимата за затопляне на тялото и осигуряване на физиологичните функции на организма.Животът под леда не спира
Температурата на водата под ледената покривка обикновено не пада под 0 градуса по Целзий. Това позволява на някои видове риби да продължат да бъдат активни. Риба като миликан, напротив, обича студа. В студена вода той се чувства много по-добре, отколкото в топла река, и дори започва да ражда ново потомство. Караси, сом, платика не се чувстват много комфортно в студа, поради което спят зимен сън на дъното на зимуващите дупки на групи или могат да се заровят в тиня. Някои риби, като есетра или белуга, са покрити със защитна слуз, която ги спасява от замръзване. Регистрирани са случаи, когато резервоарът замръзва до самото дъно, а рибата е замръзнала в лед. Но природата е устроена така, че организмът на рибата не е пострадал и тя е останала жива.Разбира се, това няма да се случи, ако ледът унищожи съдовата и нервната система на тялото. Жабите и жабите предпочитат потоци, където водата не замръзва. Животните се покриват със слуз и започват да произвеждат много глюкоза. Саламандри и гущери се крият в корените на дърветата, в дупки с листа, където оборудват гнездата си. На такива места те лесно поддържат необходимата им температура и така успешно преживяват студения сезон. Зимата като цяло е време за изпитание за всички живи организми. И всеки вид преминава този тест по свой начин. Човекът трябва само да се научи на устойчивост и способност да се адаптира към промените в природата.
Топлокръвни животниимат постоянна стабилна телесна температура, която не зависи от температурата заобикаляща среда... Имайте хладнокръвни животнителесната температура се променя в зависимост от температурата на околната среда.
Бозайниците и птиците са топлокръвни животни. Всички останали гръбначни (земноводни, влечуги, риби) и всички безгръбначни са хладнокръвни.
Студенокръвните животни имат по-бавен метаболитен процес – 20-30 пъти по-бавен от топлокръвните! Следователно телесната им температура е по-висока от температурата на околната среда с максимум 1-2 градуса. Студенокръвните животни са активни само в топло времена годината. Когато температурата падне, скоростта на движение на хладнокръвните животни намалява (вероятно сте забелязали "сънни" мухи, пчели или пеперуди през есента?) За зимата те изпадат в състояние на спряна анимация, тоест хибернация.
Топлокръвността се счита за по-полезно свойство на организма от гледна точка на еволюцията, тъй като му позволява да съществува в голямо разнообразие от климатични условия и да остане активен както през студения, така и през горещия сезон. Топлокръвността се осигурява от механизми на терморегулация. Има три основни начина за терморегулация:
1. Химическа терморегулация- повишено генериране на топлина в отговор на понижаване на температурата на околната среда.
2. Физическа терморегулация- промяна в нивото на топлопреминаване. Физическата терморегулация се осигурява не поради допълнително производство на топлина, а поради запазването й в тялото на животното, чрез рефлекторно стесняване и разширяване на кръвоносните съдове на кожата (това променя нейната топлопроводимост), промени в изолационните свойства на козината и пера, регулиране на изпарителния топлопренос. Дебелата козина на бозайниците и перата на птиците позволяват поддържането на слой въздух около тялото с температура, близка до тази на тялото на животното, и по този начин намаляват преноса на топлина към външната среда. Жителите на студен климат имат добре развит слой подкожна мастна тъкан, която е равномерно разпределена по цялото тяло и е добър топлоизолатор.
Отличен механизъм за регулиране на топлообмена е и изпаряването на водата чрез изпотяване. Човек в екстремна топлинаможе да произвежда повече от 10 литра пот на ден! Изпотяването помага за охлаждане на тялото.
3. Поведенческа терморегулация(например, когато животно се опитва да избегне неблагоприятни температури чрез движение в пространството).
Поддържането на висока телесна температура се осигурява поради факта, че в студа процесите на производство на топлина в тялото преобладават над процесите на пренос на топлина. Но поддържането на температурата чрез увеличаване на производството на топлина изисква много енергия, така че животните през студения сезон се нуждаят Голям бройхрана или изразходват много мастни запаси, които са натрупали през лятото. Ето защо, например, птиците, които остават за зимата, се страхуват не толкова от слана, колкото от липса на храна. И именно поради липсата на храна, а не заради студа, някои топлокръвни мечки, например мечки, влизат в зимен сън през зимата.
Нима хладнокръвните хора нямат предимства пред топлокръвните? Разбира се, че има! Неслучайно хладнокръвните хора на нашата планета са по-многобройни от топлокръвните. Предимството на хладнокръвните хора е, че топлокръвните хора се нуждаят от много енергия, за да поддържат постоянна висока телесна температура, тоест храна, и ако липсва такава по време на застудяване, те просто умират и студът -кръвните могат спокойно да преживеят студеното време, спивайки зимен сън. Ето защо, например, практически голите хладнокръвни земноводни са вездесъщи животни, които могат да обитават всички части на света, с изключение на Антарктида!
Топлинната хомеостаза е най-важното условие за нормалното функциониране на животинския организъм.
Това се отнася преди всичко за топлокръвните животни. Ензимните системи на тялото на топлокръвните животни запазват своята активност в строго определен температурен диапазон с оптимално близък до физиологичната телесна температура. За повечето топлокръвни животни в зоната умерен климаттелесните температури над 40 ° C са разрушителни. Именно от това температурно ниво започва процесът на денатурация на протеини, в който протеините със свойствата на катализатори, тоест ензими, се включват по-рано от другите. По отношение на по-ниските температури тези вещества са по-толерантни. След охлаждане до 4°C и последващо възстановяване на температурните условия, ензимите възстановяват своята активност.
Отрицателните температури обаче са вредни за топлокръвния организъм по друга причина. Основен част оттялото на животните (най-малко 50% от живото тегло) е вода. Така че при рибите съдържанието на вода в тялото достига 75%, при птиците - 70%, угоените бикове - около 60%. Дори човешкото тяло е около 63-68% вода.
Тъй като протоплазмата на клетките е водна фаза, при отрицателни температури водата преминава от течно състояние в твърдо. Образуването на водни кристали в състава на протоплазмата на клетките и в междуклетъчната течност има увреждащ ефект върху клетъчните и субклетъчните мембрани. Животните понасят излагането на отрицателни температури, толкова по-добре, колкото по-малко вода в тялото им, и преди всичко свободна вода, несвързана с протеини.
По правило с наближаването на зимата относителното съдържание на вода в тялото на животните намалява. Тези промени са особено забележими при пойкилотермни животни. Тяхната зимна издръжливост се увеличава значително през есента. Например земният бръмбар Pterostichus brevicornis от Аляска до зимно времеиздържа на температури от -87 ° C в продължение на няколко часа. V лятно времетези бръмбари умират вече при температура от -6 ... -7 C.
Друг начин за адаптиране на пойкилотермичните към отрицателни температури е натрупването на антифриз в биологични течности.
Изследванията на кръвта на костистите риби, живеещи в Арктическия кръг, показват, че глицеринът сам по себе си не е достатъчен за активния живот на хладнокръвните животни в Арктика. Тези риби имат висок осмолалитет на кръвта (300-400 милиосмола). Последното обстоятелство понижава точката на замръзване на кръвта до -0,8 ° C. Въпреки това, температурата на водата в Северния ледовит океан през зимата е -1,8 ° C. Следователно само осмоларитетът на кръвта не е достатъчен за оцеляване при такива условия.
В състава на тялото на арктическите риби са открити и изолирани специфични гликопротеини със свойства против замръзване. При концентрация от 0,6% гликопротеините са 500 пъти по-ефективни за предотвратяване образуването на лед във вода от натриевия хлорид.
При хомеотермичните животни понятието за постоянство на температурата е доста произволно. И така, колебанията в телесната температура при бозайниците представляват значителна стойност, надвишаваща 20 ° C при някои представители.
Трябва да се отбележи, че относително широк диапазон от колебания в телесната температура е характерен за по-голямата част от животните, живеещи в топъл климат. При северните животни хомеотермията е по-тежка.
Популациите на животни, принадлежащи към един и същи вид, но живеещи в различни климатични условия, имат редица отличителни черти... Животните от високите ширини имат големи размеритела в сравнение с представители на същия вид, но живеещи в райони с горещ климат. Това е общо биологично правило и то е ясно видимо при много видове (диви свине, лисици, вълци, зайци, елени, лосове и др.). Географският диморфизъм е продиктуван от факта, че увеличаването на размера на тялото води до относително намаляване на телесната повърхност и следователно до намаляване на загубите на топлинна енергия. По-малките представители на същия вид демонстрират по-висок относителен метаболизъм и енергия, по-голяма относителна площ на тялото. Следователно на единица телесно тегло те изразходват повече енергия и губят повече енергия чрез обвивката на тялото. В умерен и горещ климат малките и средни животни имат предимства пред по-големите си събратя.
Обитатели на пустини, савани и джунгли екваториална зонаадаптирани към живота с изключително високи температури... В пустините на екваториалната зона пясъкът се нагрява до 100 ° C. Но дори при такива екстремни температурни условия човек може да наблюдава активен животживотни.
Паяците и скорпионите поддържат хранителна активност при температури на въздуха до 50 ° C. Мухата от сирене Piophila casei издържа на температури от 52 ° C. Пустинният скакалец оцелява и при по-високи температури, до 60°C.
На по-високи географски ширини има екологични нишис температура на околната среда значително по-висока от температурата на въздуха. Горещите извори на Исландия и Италия при температура 45-55°C са обитавани от многоклетъчни организми (ларва на Scatella sp. Fly), коловратки и амеба. Яйцата от слюнка на артемия са още по-устойчиви на високи температури. Те остават жизнеспособни след нагряване в продължение на 4 часа до 83 ° C.
От представителите на класа риби само картозубът (Cyprinodon nevadensis) проявява широки адаптивни способности към екстремни температури... Той живее в горещите извори на Долината на смъртта (Невада), където водата е с температура от 42 ° C. През зимата се среща във водоеми, където водата се охлажда до 3 ° C.
Въпреки това, коловратките и тардиградите са най-поразителни със своите адаптивни способности към екстремни температури. Тези представители на животинското царство могат да издържат на нагряване до 15 ° C и охлаждане до -273 ° C. Адаптивните механизми на уникалната устойчивост на високи температури при безгръбначните не са изследвани.
Адаптивността на гръбначните животни към високи температури на околната среда не е толкова висока, колкото тази на безгръбначните. Независимо от това, представители на всички класове от този вид гръбначни, с изключение на рибите, живеят в безводната пустиня. Повечето пустинни влечуги всъщност имат хомеотермия. Телесната им температура варира в тесен диапазон през деня. Например сцинк средна температуратялото е 33 ° С (± 1 °), при гущера Crataphytus collaris - 38 ° С, а при игуаната е дори по-висок - 39-40 ° С.
Смъртоносните телесни температури за тези жители на пустинята са, както следва: за сцинк - 43 ° С, за гущер с яка - 46,5 ° С, за игуана - 42 ° С. Дейността на дневните и нощните животни попада в различни температурни диапазони. Следователно физиологичната телесна температура и смъртоносната телесна температура при етологично различни групи животни не са еднакви. За нощните видове критичното ниво на телесна температура е 43-44 ° C, за дневните видове - 5-6 ° C по-високо.
Смята се, че смъртоносните температури при влечугите водят първо до дисфункция на нервната система, а след това до хипоксия поради неспособността на кръвния хемоглобин да свързва и транспортира кислород.
При птиците - жители на пустинята - телесната температура при активни действия на слънце се повишава с 2-4 ° С и достига 43-44 ° С. В състояние на физиологичен покой е 39-40 ° C. Такава динамика на телесната температура се разкрива при температура на въздуха от 40 ° C и по-висока при врабче, кардинал, нощник и щраус.
Бозайниците, въпреки наличието на перфектен терморегулаторен механизъм, също манипулират собствената си телесна температура. Камила в покой има доста ниска ректална температура - около 33 ° C. Въпреки това, при екстремни условия ( физически трудна фона на околна температура над 45 ° C), телесната температура на животното се повишава до 40 ° C, тоест със 7 ° C, без забележим ефект върху неговото физиологично състояние и поведение.
Ако откриете грешка, моля, изберете част от текст и натиснете Ctrl + Enter.
Майката природа има много упорит характер. Тя винаги се опитва да победи всякакви сурови условия, създадени от безмилостните сили на нашата планета, и именно в такива екстремни условия изобретателността на природния свят може да бъде съзерцана в целия му блясък. В преобладаващото мнозинство от случаите природата изглежда по-умна от всеки учен и изобретява начини за оцеляване, които могат да послужат като източник на вдъхновение за желанието на човек да победи всякакви сурови условия. Ето десет примера за невероятни адаптации на животните към екстремни температури и други неблагоприятни условия:
10. Арктически риби
Рибите са пойкилотермни организми или по-просто хладнокръвни животни, което означава, че колкото по-ниска е температурата на околното пространство, толкова по-трудно им е да поддържат метаболитните си функции. Освен това с понижаването на температурата в клетките на тялото им се образуват ледени кристали и по този начин животното може да получи непоправими щети, което в крайна сметка ще доведе до смъртта му. Въпреки това, въпреки факта, че арктическите риби нямат лукса да генерират собствена топлина, телата на тюлени и други морски бозайницикоито живеят в една и съща ледена вода, те изглежда процъфтяват и как успяват, озадачава учените от дълго време.
Обяснението е намерено в последните годиникогато е открит антифриз протеин, който предотвратява образуването на ледени кристали в кръвта им. Въпреки това, как точно работи този протеин, беше открито едва преди три години в проучване на Volkswagen (да, производителят на автомобили). Протеинът предотвратява образуването на лед в околните молекули и по този начин позволява на клетките да продължат жизнен цикъл... Това явление се постига благодарение на факта, че протеинът забавя водните молекули, които обикновено са в състояние на непрекъснато движение, подобно на танца. Това предотвратява образуването и разрушаването на връзките, които са необходими за образуването на леда. Подобен протеин е открит в няколко вида бръмбари, които живеят голяма надморска височинаили в непосредствена близост до Арктическия кръг.
9. Замразяване за оцеляване
Арктическите риби избягват замръзване, но други животни са еволюирали, за да замръзнат напълно, за да оцелеят през студения сезон. Колкото и парадоксално да звучи, няколко вида жаби и костенурки почти напълно замръзват и прекарват цялата зима в това състояние. Любопитно е, че те замръзват до твърдо състояние и ако хвърлите такава замръзнала, но жива жаба през прозореца, тя моментално ще се счупи, сякаш е ударена от парче лед. След това жабите по чудо се размразяват, за да бъдат живи през пролетта. Този изключителен метод за оцеляване през зимата се дължи на факта, че уреята и глюкозата (които се образуват от превръщането на гликоген в черния дроб, което се случва преди замръзване) ограничават количеството лед и намаляват осмотичното свиване на клетките, което в противен случай може да доведе до смърт на животното. С други думи, захарта позволява на жабата да оцелее. Въпреки това, тяхната устойчивост има граница: въпреки че изглеждат напълно твърди, когато са замразени, животните може да не оцелеят, ако повече от 65 процента от водата в тялото им замръзне.
8. Химическа топлина
Все още сме в света на хладнокръвните животни. Повечето от нас са научили в уроците по физика, че колкото по-малък е обектът, толкова по-трудно му е да се затопли. Освен това знаем, че хладнокръвните животни са склонни да бъдат доста летаргични и способни само на кратки изблици на енергия. Въпреки това, насекомите, въпреки факта, че са пойкилотермни същества, са много активни и постигат своята жизненост чрез генериране на телесна топлина с помощта на химически и механични средства, като правило, чрез бързи и постоянни мускулни движения. Можем да направим паралел между насекомите и загряването на дизелов двигател през зимата, преди да го запалим. Те правят това не само, за да генерират енергията, необходима за поддържане на полета, но и за да ги предпазят от студа през зимата, например пчелите се скупчват и треперят, за да останат топли.
7. Енцистинг
Протозоите, бактериите и спорите, както и някои нематоди, използват ензистанция (която навлиза в състояние на суспендирана анимация и се отделя от външния свят чрез твърда клетъчна стена), за да издържат на неблагоприятни условия за продължителни периоди от време. Много дълги периоди от време.
Всъщност това е защо енцицизмът е едно от най-забележителните постижения на естествения свят: учените са успели да върнат бактериите и спорите обратно към живот, който е достигнал милиони години - най-старото от които е на около 250 милиона години (да, беше по-стар от динозаврите). Енсистингът може да е единственият начин за паркиране Джурасикможе да стане реалност. От друга страна, представете си какво би се случило, ако учените съживят вирус, от който човешкото тяло няма защита...
6. Естествени радиатори
Поддържането на хлад е проблем в тропическите райони, особено при по-големи или по-енергични животни. Естествените радиатори са ефективен начин за намаляване на телесната температура: например ушите на слоновете и зайците са пълни с кръвоносни съдове и помагат на животните да охлаждат телата си в горещо време. Зайците, живеещи в арктическите райони, имат много по-малки уши, като вълнестите мамути, природата е направила ушите им малки, за да ги предпази от студа. Радиатори са открити и в праисторическия свят, в животни като диметродони, които са живели в Пермски периодили според някои учени в динозаври, принадлежащи към семейството на стегозаври, чиито плочи са били наситени с съдове, за да се улесни преносът на топлина.
5. Мегатермия
Прекалено голям може да бъде недостатък за същества, живеещи в тропически райони, тъй като те постоянно трябва да понижават телесната си температура. Въпреки това, в студени води, големи, хладнокръвни същества могат да процъфтяват и да бъдат доста енергични. Размерът е предпоставка за това: мегатермията е способността да се генерира топлина от телесното тегло, явление, което се среща в кожените морски костенурки(повечето големи костенуркив света) или при големи акули като голямата Бяла акулаили мако акула. Това повишаване на телесната температура позволява на тези същества да бъдат доста енергични в студени води – нещо повече, морските кожени костенурки са най-бързите влечуги на Земята, способни да ускоряват до 32 километра в час за кратко бягане.
4. Промяна на свойствата на кръвта
За да оцелеят в екстремни условия, някои животни са се развили различни видовесъстав на кръвта: например кашалот и планинска гъска в Азия. И двата вида имат невероятната способност да съхраняват много повече кислород в кръвните си клетки, отколкото други животни. Те обаче се нуждаят от това по различни причини: кашалотът трябва да задържи дъха си дълго време поради факта, че се гмурка върху голяма дълбочинатърси храна. Планинската гъска трябва да поддържа енергичен полет над Хималаите планинска верига, а на височините, на които лети, въздухът съдържа много малко кислород.
3. Респираторна адаптация
В тропическите и екваториалните региони смяната на сезоните може да бъде пагубна за много животни. Дъждовният сезон може да означава чести наводнения, при които много сухоземни животни губят живота си, докато сухият сезон означава липса на вода, което е естествено лошо за всички. Сред животните, за да осигурят оцеляването на които природата е положила много усилия, има риби, които дишат въздух. Много от нас са чували за рибата, дишаща белите дробове, принадлежаща към надразреда на белите дробове, която създава лигав сак, за да се предпази от суша, но някои видове сом и змиорки не само дишат въздух, но също така могат да пътуват по сушата между водни тела. Тези риби са в състояние да получават кислород от въздуха не през белите дробове или хрилете, а чрез използването на специални области на червата си.
2. Живот в ада
След откриването си хидротермалните отвори опровергаха много от теориите, изтъкнати от учените относно дълбокото море. морски живот... Температурата на водата около тези отвори надвишава точката на кипене, но самото налягане на водата на тези дълбочини предотвратява образуването на мехурчета. Хидротермалните отвори непрекъснато отделят сероводород, който е силно токсичен за повечето форми на живот. Въпреки това, тези адски отвори често са заобиколени от колонии от различни естествени организмиповечето от които очевидно процъфтяват в токсичен свят без слънце. Тези същества са успели да се справят с липсата на слънчева светлина (която, както знаем, е важна част за повечето форми на живот, тъй като задейства синтеза на витамин D) и невероятно високите температури. Въз основа на факта, че много дълбоководни същества, живеещи около отворите, са доста примитивни от еволюционна гледна точка, учените в момента се опитват да разберат дали тези отвори са били истинските условия за възникването на живота, който за първи път се е появил около 3,5 милиарда преди години.
1. Смела колонизация
Струва си да се отбележи, че този елемент в нашия списък все още няма задълбочено научно обяснение: Един вид папагали, ендемичен за Никарагуа, мексиканската аратинга (Aratinga holochlora), гнезди в кратера на вулкана Масая. Трудното за обяснение е, че кратерът непрекъснато изпуска серни газове, които са доста смъртоносни. Как тези папагали могат да гнездят в среда, която може лесно да убива хора и други животни за минути, все още е загадка за учените и това доказва, че майката природа, в решимостта си да завладее космоса, не се страхува от никакви препятствия... Докато фауната, която живее близо до дълбоководните отвори, е имала милиони години еволюция, за да се адаптира към живота в такива условия, зелените папагали от кратера на вулкана Масая започнаха да водят този начин на живот съвсем наскоро по отношение на еволюцията. Изучавайки такива смели видове, човекът може да разбере по-добре как действа чудото на Вселената - еволюцията, точно както Чарлз Дарвин наблюдава чинките от Галапагоските острови по време на пътуването си на борда на Бигъл.
Приемането на температура се различава от всички останали сетива по няколко начина. Ние осъзнаваме само резките температурни отклонения, които възприемаме като горещи или студени; но въпреки това човешкото тялореагира на температура през цялото време. Количеството топлина, което получаваме от външната среда или внасяме в нея, постоянно се балансира от мускулна активност, треперене или изпотяване. В резултат на това температурата на човешкото тяло се поддържа на постоянно ниво от приблизително 36,9 ° C. Ако тази температура се повиши - с болести или с физическа дейност, - човек се поти, тоест кожата му е покрита със слой течност, която се изпарява и охлажда тялото. Ако телесната температура падне, например при течение, човекът започва да трепери: мускулите бързо се свиват и отпускат, за да се увеличи производството на топлина.
Животните, способни да регулират телесната си температура чрез физиологични процеси, така че промените й остават в много тесни граници, се наричат топлокръвен.Те включват само бозайници и птици. Всички други животни принадлежат към студенокръвни:телесната им температура се променя с температурата на околната среда. Термините "топлокръвен" и "хладнокръвен" не могат да се считат за подходящи: при бозайници по време на хибернациякръвта става напълно студена, а при насекомите и влечугите, живеещи в тропиците, е относително топла. Ето защо учените предпочитат да наричат животни, способни на терморегулация, хомеотермичен,и животни, неспособни на такова регулиране, пойкилотермичен.Трябва обаче да се има предвид следното обстоятелство: експерименти, показващи, че телесната температура на пойкилотермните животни се повишава или спада в съответствие с температурата на външната среда, са проведени в лабораторни условия върху животни, живеещи в плен. Поведението на тези животни в природни условияне беше взето под внимание и все пак в природата някои пойкилотермни животни могат до голяма степен да регулират телесната си температура.
Това е постоянството на телесната температура, което прави температурното усещане различно от всички други чувства. Характерна особеност на другите сетивни органи е, че те не реагират при липса на стимулация, идваща от околната среда, а силата на реакцията им зависи от енергията на въздействащите върху тях стимули, нарастваща пропорционално на усилването на стимулите. . И така, при липса на светлина, ние не виждаме нищо и с увеличаването на осветеността, например на разсъмване, започваме да виждаме все по-ярка светлина. Същото важи и за звука: или не чуваме нищо, или чуваме звуци с различна сила. С температурата ситуацията е различна: околната среда винаги има определена температура и следователно терморецепторите не отчитат температурата от нула, а я сравняват с нормалната телесна температура. В резултат на това говорим за два вида температурни усещания: всичко, което има температура под нормална температуратялото ни изглежда студено или хладно; всичко, което има по-висока температура - горещо или топло. Студът и топлината са относителни понятия: ако държите ръката си в ледена вода и след това я спускате в нея студена водаот чешмата тази вода ще ни се стори топла; обаче същата вода ще изглежда студена, ако първо държите ръката си в гореща вода.
Всичко това едва ли улеснява изследването на температурното усещане. Помислете за следния прост експеримент. Накиснете единия пръст в гореща вода, а другия в студена вода, след което потопете двата пръста в топла вода. Първият пръст ще се чувства студен, а вторият - топъл. След известно време пръстите ще свикнат нова температураи няма да усеща нито топлина, нито студ. Оттук можем да заключим, че температурните органи, за разлика от очите или ушите, не реагират на абсолютна стойностстимули, но от скоростта на преход от топлина към студ и обратно. Когато терморецепторите се адаптират към определена температура, те като че ли се настройват на нова "нулева точка", която служи като референтна точка за всички следващи температурни промени. Тук обаче има усложнение. Притиснете студения предмет към кожата си и след това го отстранете. Усещането за прохлада ще продължи известно време, въпреки че кожата вероятно вече е имала време да се затопли отново. Това явление все още не е обяснено.
По същество нямаме право да говорим телатемпературно усещане, тъй като температурата, като правило, се възприема от прости рецептори в тъканите на тялото, които нямат никакви спомагателни структури. Поради това е доста трудно да се намерят и изучават терморецептори; въпреки това редица електрофизиологични изследвания показват, че има два вида терморецептори: топлинни и студени. Тези данни помагат да се обяснят някои от характеристиките на температурното усещане, които описахме по-горе. Броят на нервните импулси, генерирани от тези рецептори, не е пропорционален на интензивността на стимулацията, какъвто е случаят например в рецепторите на ухото. Реакцията на терморецепторите зависи от скоростта на промяна на температурата и при постоянна температура потокът от нервни импулси, идващи от терморецепторите, остава непроменен.
Все още не знаем как да влезем нервна системаимпулсите, идващи от тези два (а може би и от някои други) вида рецептори си взаимодействат, създавайки в нас така познатото „усещане за температура“; въпреки това, въпреки че физиологичните основи на температурното усещане все още не са много ясни, можем добре да обсъдим ефекта на температурата върху живота на хората и животните. Нека отново напомним, че усещането за температура е различно от всички останали усещания. Той служи на животните за осигуряване на благополучие и комфорт, а не за ориентиране или намиране на храна, врагове и индивиди от противоположния пол; изключение правят само няколко животни - кокошки плевели, буболечки и змии, които ще бъдат обсъдени в края на тази глава. При всички други животни това чувство е насочено главно вътре в тялото: с негова помощ животното оценява не толкова външната, колкото вътрешната среда. Усещането за температура почти винаги служи за една цел - да поддържа постоянно оптималната телесна температура на животното, която се регулира или чрез процеси като изпотяване или треперене, или в резултат на активно поведение на животното, като движение на сянка или на слънце.
Грижите, с които телесната температура се поддържа на постоянно ниво, показва как същественоза нормалното функциониране на тялото има определена телесна температура. В края на краищата не е случайно, че диагнозата започва именно с измерването на температурата и дори леко повишаване на нея е признак на заболяването. В същото време е установено, че отделянето на пот и появата на тремор не зависят пряко от температурата на кожата или устата; основният фактор в този случай е температурата вътре в тялото. Истинският център на терморегулацията е в мозъка, в хипоталамуса; действа като термостат; ако твърде топла кръв протича през хипоталамуса, тя „включва” системата за понижаване на кръвната температура: кръвоносните съдове на кожата се разширяват и през тях протича повече кръв, пренасяйки топлина от дълбоко разположените части на тялото и секрецията и изпаряването на потта помага на кожата да отдаде тази топлина на въздуха на околната среда. След като кръвта се охлади достатъчно, тези процеси спират.
Въпреки това, когато стане твърде топло или твърде студено, тези механизми не могат да поддържат постоянна телесна температура. При такива условия е необходимо да се вземат някои допълнителни меркидокато физиологичният механизъм на терморегулация се провали. Дори ако колебанията в температурата на околната среда не са твърде големи, тези допълнителни действия спомагат за запазване на енергията, която се изразходва по време на тремор или вода, която тялото губи под формата на пот. Човек може да се облича по-леко или по-топло, създавайки различна степен на изолация на тялото от околния въздух, или да се премести на по-подходящо място; животните правят същото - в рамките на своите възможности, разбира се.
Домашна котка, например, се превърна в символ на комфорт. Почива и спи не повече от куче, но винаги изглежда много по-спокойно и сякаш се чувства много по-комфортно. Един немски изследовател анализира какви пози е заела котката му по време на сън и как те са свързани с температурата на въздуха и местоположението, което котката е избрала за себе си. Естествено, някои от наблюденията му бяха напълно тривиални: котка например избира топли места и обича да спи пред камината; тя предпочита да лежи на възглавници, които я стоплят, а не на гол под от керамични плочки. В същото време, след като направи 392 наблюдения, този изследовател установи, че позата на спящата котка зависи от температурата на околната среда. Ако стаята е студена, котката се свива "на топка". Едва ли е необходимо да се описва подробно тази позиция: котката крие главата и лапите си, притискайки ги към стомаха, а отвън ги покрива с опашката си. Когато стане по-топло, котката леко се изправя и тогава тялото й образува дъга от около 270 °; при по-нататъшно повишаване на температурата на въздуха тялото на спяща котка се изправя до полупръстен и в крайна сметка се разтяга в права линия. Изненадващо, леко повишаване на температурата кара котката да се свие отново леко; обаче досега никой не е успял да обясни защо се случва това.
Когато котката спи в топла стая, тя сменя позицията си, така да се каже, осигурява си комфорт. Въпреки това, в живота на много други животни, температурата на заобикалящия ги въздух, подложена на значителни колебания, играе изключително важна роля... Много животни, с настъпването на неблагоприятни условия, спят зимен сън за дълго време; в същото време всички жизнени процеси в тялото им се забавят или спират. „Хибернация“ не е съвсем правилният термин, въпреки че състоянието, което той обозначава, в много отношения наподобява нормален сън: например при животните честотата на дишане и сърдечната честота намаляват. Термостатът в хипоталамуса преминава в такъв режим на работа, че телесната температура пада до много ниско ниво и процесите, протичащи в тялото, като храносмилането, се забавят значително. В това състояние животното може да живее без храна дълго време.
V топли странипрез горещите сезони животните може да нямат храна. Растителността изсъхва и много животни изпадат в състояние на т. нар. лятна хибернация (аестация). V северните районипрез зимата идват гладни дни и по това време животните влизат в състояние на хибернация. Строго погледнато, думата "хибернация" може да се използва само за обозначаване на хибернация на животните, но сега този термин се използва за обозначаване на състоянието на продължителен сън от всякакъв произход. През последните години научихме много за физиологичните механизми на хибернация, по-специално за това какви условия на околната среда причиняват това състояние и как животното оцелява при ниска телесна температура. Колкото по-задълбочено проучихме проблема за хибернацията, толкова по-сложен се оказа това явление. По-рано се смяташе, че животните спят зимен сън през есента и не се събуждат до пролетта, но сега стана известно, че по време на размразяването през зимата те често се събуждат за няколко дни и напускат зимните си убежища в търсене на храна. Дори сънличката, изобразена от Л. Карол като най-сънливото животно, се събужда за кратко през зимата, за да яде; и прилепитепо време на размразяване те излизат от убежищата, за да ловуват насекоми, които също се събуждат по това време.
Основното значение на хибернацията е, че позволява на животното да оцелее през гладния сезон. Някои малки животни, като мишки и катерици, живеят през зимата от запасите от храна, приготвена през лятото, докато хиберниращите животни съхраняват хранителни вещества в телата си под формата на мазнини. При ниска телесна температура, когато интензивността на метаболитните процеси в тялото на животното намалява, тази мазнина се изразходва много бавно. Температурата на тялото на животното по време на хибернация трябва да остане постоянна и да не пада твърде много. Прекомерното понижаване на телесната температура в тялото на животното "изгаря" допълнителното количество хранителни вещества, необходими за възстановяване на тази температура до ниво, което гарантира оцеляване. Сега знаем, че животните, които спят в приютите си цяла зима, всъщност не са напълно изолирани от външния свят и не са напълно защитени от неговите влияния. Много от тези животни не оцеляват до пролетта, защото, опитвайки се да се стоплят, изразходват своите резерви твърде бързо.
Още преди няколко века учените знаеха, че някои животни имат слой мазнини, не бял, а кафяв. Слой от такава мазнина е открит в много хиберниращи животни, така че те започнаха да го наричат жлеза за хибернация, въпреки че никой не знаеше точното й предназначение. По-късно при новородени животни и кърмачета е открита кафява мазнина, при която се намира около врата, между лопатките и по протежение на гръбначния стълб. Както се оказа, кафявите мастни клетки съдържат много повече мастни капчици, отколкото клетките бяла мазнина; освен това тези клетки могат много по-бързо да „изгорят” мазнините си и съответно да отделят по-бързо необходимата топлина. Когато температурата на кръвта се понижи, хипоталамусът изпраща сигнали до кафявата мастна тъкан, която генерира топлина, която се пренася от кръвта в цялото тяло. Децата и новородените животни не са в състояние да поддържат желаната телесна температура поради мускулни тремори, а кафявата мазнина служи като своеобразна вътрешна нагревателна подложка за тях.
По правило кафявата мазнина изчезва с възрастта, но в тялото на някои животни тя се запазва за цял живот. За дълго времене беше ясно как домашните мишки оцеляват през зимата в неотопляеми складове, но сега знаем, че те, подобно на зимуващи животни, са в състояние да натрупват и консумират кафяви мазнини през целия си живот. С настъпването на зимните студове кафявата мазнина затопля животното, поддържайки телесната му температура на постоянно ниво. През пролетта термостатът "превключва" на нов режимработа, при която за кратко време изгарят големи количествадебел; температурата на животното бързо достига нормално ниво и то се събужда.
Въпреки че тези свойства на кафявата мазнина спасяват животните от замръзване, животното не може да разчита напълно на него, тъй като температурата на околната среда може да стане твърде ниска. Някои животни, например таралежите, се спасяват от студа, като изолират дупките си, а други, като прилепите, се събуждат със значителен спад на температурата и търсят по-топло място за спане. Прилепите-подкови живеят в пещери; през цялата зима те се движат през пещерата си или дори летят от една пещера в друга в търсене на достатъчно топло място; там се вкопчват в свода на пещерата и заспиват. Понякога, за да се стоплят по-добре, те се скупчват един до друг.
Котешко поведение и прилепис внезапни промени в температурата, се различава значително от поведението на животните, което разглеждахме при описването на други чувства, когато животните реагираха на външни стимули (като плъх кенгуру, бягащ от бухал, или жаба, която скача във вода). В този случай те реагират на промените във вътрешната среда на тялото, опитвайки се да ги компенсират.
Пойкилотермните животни са в състояние да регулират телесната температура до известна степен чрез промени в поведението. В най-простия случай това означава, че животното излиза на слънце, за да се стопли, ако стане студено, или се крие на сянка, когато стане твърде горещо, а някои влечуги, живеещи в пустинята, са развили строг дневен ритъм на активност, което им помага да избягват прекомерно характерните за пустинята.резки колебания на температурата: студени нощи и палещата жега на обедното слънце (фиг. 32). Това е добър пример за взаимодействието на животно с околната среда, в резултат на което животното се оказва в оптимални условия за себе си. Пустинни гущери се изкачват в различни видовепукнатини и пукнатини или под камъни, а понякога се заравят в пясъка. Когато слънцето изгрява и земята започва постепенно да се затопля, гущерът, почти вцепенен от студа, бавно се затопля и изпълзява на слънце. Той излага възможно най-голяма част от повърхността на тялото на слънчевите лъчи, за да улови максимална суматоплина. - Телесната температура на гущера се повишава, докато достигне телесната температура на активните хомеотермични животни, тоест приблизително 37°C. Сега гущерът е готов да води нормален дневен живот: да търси храна или партньор за чифтосване и ако е необходимо, да защитава своята територия. Когато слънцето се издигне още по-високо, камъните и пясъкът стават много горещи и гущерът, за да избегне прегряване, повдига тялото си от земята. Още по-късно, по обяд, гущерът се крие в убежището си под камък или се крие в сянката на оскъдните пустинни растения. Следобед тя отново излиза и, ако не трябва да се движи, заема позиция, така че само малка част от повърхността на тялото й да е обърната към слънцето и да поглъща топлина. До края на деня телесната температура на гущера се поддържа на достатъчно високо ниво поради факта, че животното е притиснато към земята, което запазва топлината по-дълго от въздуха и продължава активно да се движи. В крайна сметка обаче тя трябва да се качи в убежище, което надеждно я предпазва от врагове, от които не може да избяга, и от загубата на топлина поради излъчването й в околната среда.
ФИГ. 32. Влияние на температурата на въздуха върху дейността на гущер, живеещ в пустинятаПрез нощта температурата пада и от студа гущерът изпада в замаяност. Когато слънцето изгрява, тялото на гущера се затопля и той изпълзява на слънце. След като най-накрая се затопли, той става активен и получава своя собствена храна, а след това, когато слънцето започне да пече твърде много, се скрива на сянка и дейността му остава на сянка. Следобед поведението на гущера се променя.
Методът на терморегулация, използван от гущерите, като цяло е доста ефективен. Въпреки това, влечуги и други пойкилотермни животни, лишени от способността да задържат топлина, подобно на хомеотермичните животни, поради производството на топлина от собственото си тяло, могат да живеят далеч не навсякъде. Големите влечуги са толкова редки извън тропиците, че в студен климат би трябвало да се затоплят твърде дълго сутрин и по-често биха умрели, без да имат време да се затоплят.
По същата причина в относително студените райони Глобусътняма да намерите големи насекоми. Насекомите използват приблизително същите методи за терморегулация като влечугите: крият се в екстремни горещини или студ и се пекат на слънце, преди да летят. Въпреки това, някои насекоми са в състояние да повишат телесната си температура чрез мускулна активност, като например бързи движения на крилата (вид загрявка за спортисти, които правят серия от упражнения за загряване преди изпълнение). Известно е, че някои пеперуди не могат да летят, докато телесната им температура не достигне 32…35°C. Земните бръмбари дори наистина треперят, като свиват ритмично летните си мускули, но без да правят никакви движения с крилата си; обаче този тремор се различава от тремора на хомойотермните животни по това, че при последните служи не за повишаване на телесната температура, а за поддържането й на постоянно ниво.
Социалните насекоми — пчели, оси, мравки и термити — са развили способността да регулират температурата чрез колективно действие; те могат да поддържат температурата в гнездата си на относително постоянно ниво, в много случаи само с много малки колебания. Мравките запушват с пръст входовете на мравуняка, когато въздухът навън стане твърде студен или твърде горещ, а пчелите покриват входа на кошера с телата си, образувайки жива тапа. През лятото температурата в кошера се поддържа 34…35°C. Тази температура може да бъде по-висока от температурата на околната среда поради топлината, която телата на пчелите в кошера излъчват. Ако в кошера стане твърде горещо, няколко пчели работнички застават на входа, обръщат корема си към него и започват да пляскат с крила. Горещ въздухсе изпомпва, а по-хладният се просмуква в кошера през пукнатините в стените му. Ако температурата вътре в кошера продължи да се повишава, пчелите ще донесат вода и ще я пръскат върху горната част на питите. Водата се изпарява и охлажда околния въздух, който се спуска надолу по медената пита. През зимата температурата в кошера се променя периодично. Веднага след като температурата падне до 13,5 ° C, пчелите започват да се движат активно; когато въздухът в кошера се затопли до 25,5°C, дейността на пчелите отслабва и кошера отново започва да се охлажда. Ако за дълго време струва много студено време, пчелите, опитвайки се да се стоплят, могат да изядат всички запаси от мед и да умрат.
Постоянството на телесната температура е от съществено значение за развитието на потомството при много животни, особено хомеотермични. Ако яйцата изстинат, те никога няма да се излюпят в пилета, тъй като ембрионите ще умрат. Общоизвестно е, че птиците седят върху яйца, за да ги затоплят, но инкубацията не се ограничава само до сядане върху яйца. Температурата на яйцата трябва да се следи много внимателно. Малко преди да снасят яйцата, птиците изскубват пера на гърдите си, в областта на т.нар. Именно тази вече оголена кожа, много богата на кръвоносни съдове и следователно особено топла, влиза в контакт с яйцата. Птиците периодично обръщат яйцата, които благодарение на това се нагряват равномерно и поддържат температура от приблизително равно на температурататела на птица, седяща върху яйца. Разбира се, птицата не измерва температурата на яйцата. Въпреки това, съдейки по наблюденията, в лошо времептиците прекарват повече време на яйца и много не са склонни да отлитат, ако бъдат обезпокоени. V тропически странинапротив, понякога става необходимо да се предотврати прегряване на яйцата; в този случай родителите стоят над гнездото, блокирайки яйцата от слънцето. Египетските зуйки дори поливат яйцата си. Полагат ги на гола земя и вътре през денязаровени в пясъка, за да се предпазят от слънчевите лъчи. Ако пясъкът стане твърде горещ, родителите носят вода от близката река или езерце и я изхвърлят върху пясъка, където са заровени яйцата.
Колкото и да е изненадващо поведението на египетската зуйка, то не може да се сравни със сложното поведение на гнездене на австралийските пилета. Последните отиват на невероятни трикове, за да излюпят малките си, макар че е напълно неразбираемо защо не трябва да люпят яйца. по обичайния начин... Тези птици принадлежат към семейството на плевелите пилета или с големи крака (буквален превод латинско имесемейства - Megapodiidae); те живеят в храсти в сухите вътрешни райони на Австралия. Повечето птици от това семейство заравят яйцата си в земята, която ги затопля с естествената си топлина. Кокошка от джунглата, например, снася яйцата си в дупки, пълни с пясък. Слънцето нагрява пясъка и по този начин поддържа температурата, необходима за яйцата. На Соломоновите острови и Нова Британия пилетата от джунглата снасят яйцата си в земята, която се нагрява от вулканична пара. Някои пилета от джунглата изграждат особени могили от гнила зеленина и снасят яйца в тях. Когато листата изгният, могилата се нагрява отвътре, като купчина окосена трева.
Оцелираните пилета отиват още по-далеч: те буквално регулират температурата на хълма за гнездене. В сухите райони, където живеят тези птици, няма гниеща зеленина и следователно пилетата с оцелели го приготвят сами. Мъжки копае голяма яма, с диаметър до 4 ... 5 м и дълбочина около метър и го запълва с паднали листа, клонки и други растителни остатъци, които събира около гнездото в радиус до 50 м. процесът на гниене започва в ямата. През пролетта той примамва женски в купчината си компост и се чифтосва с тях. Женските снасят яйцата си в тази купчина и се оттеглят, оставяйки мъжкия да се грижи за яйцата за невероятно дълъг инкубационен период от 11 месеца. През цялото това време мъжката кокошка с оцелисти е изцяло заета с регулирането на температурата на гнездото.
В началото на инкубационния период гниенето настъпва бързо и вътре в купчината е доста топло, но след това процесът на гниене се забавя. Мъжкият трябва да възстанови купчината, ако е необходимо, така че топлината да се разсейва или концентрира в нея и температурата на яйцата да се поддържа на около 33,5 ° C. Птицата определя температурата на пясъка и гниещите растения, като взема проби от почвата в човката, където са разположени терморецепторите. Когато гниенето е интензивно, мъжката оцелена кокошка се опитва да понижи температурата в гнездото: той се разпръсква горен слойматериал за гнездене, излъчващ топлина. Когато слънцето пече много силно и има опасност от прегряване на яйцата, то изсипва слой пясък върху гнездото, което действа като изолираща подложка. През есента слънцето загрява по-малко, ферментацията се забавя, а през деня мъжкият трябва да изхвърля пясък от гнездото, за да слънчеви лъчипроникна в яйцата. Междувременно мъжкият смесва разпръснатия пясък, който благодарение на това се нагрява правилно, а през нощта птицата отново запълва гнездото с този топъл пясък. Това е най-много общо описаниеповедение на мъжка кокошка с оцел. Докато пилетата се излюпят от яйцата и не излязат на повърхността, той е постоянно зает с определянето на температурата на пясъка и гниещите растения и съответното преструктуриране на гнездовия куп.
За разлика от други животни, за които говорихме по-рано, кокошката с оцелите променя средата, в която се развива потомството си, а не средата на собствения си организъм. Независимо от това, в този случай температурното усещане се използва за терморегулация, а терморецепторите действат като контактни рецептори. Въпреки това, има някои животни, които използват терморецепторите си като далечни рецептори, за да получат информация за обекти, разположени на значително разстояние от тях. Така кръвосмучещите животни засичат топлината, излъчвана от телата на бъдещите си стопани. Оказа се, че буболечките на разстояние 15 см са в състояние да откриват обекти, които имат температурата на топлокръвни животни. Когато бъгът се приближи до такъв обект, неговите антени се въртят, докато и двете не бъдат насочени директно към обекта. След това буболечката завърта цялото тяло в посоката, в която са обърнати антените, и отива към топлия обект, следвайки „инструкциите“ на антените. Антените на бъговете имат прости температурни рецептори; движението му към топъл обект има характер на такси. А при някои змии терморецепторите са групирани заедно, образувайки специален орган, благодарение на който усещането за температура дава на тези змии много повече информация за околната среда, отколкото на всяко друго животно.
ФИГ. 33. Схема на структурата на "лицевата" ямка на ямкоглавата змия Рецепторите, разположени в мембраната, са чувствителни към топлината, проникваща през тесния отвор. Змията придобива известна представа в коя посока е топъл или студен обект поради „топлинната сянка“, която се хвърля върху мембраната от ръбовете на дупката, надвиснала над нея. 1 - мембрана с рецептори.
Семейството ямкови змии, към което принадлежат отровни видове като мокасинова змия и гърмяща змия, е получило името си от две "лицеви" ями, разположени в предната част на главата между очите и ноздрите. Всяка ямка (фиг. 33) представлява кухина с дълбочина около 6 mm, която се отваря навън с отвор с диаметър около 3 mm. В дъното на тази кухина е опъната тънка мембрана, съдържаща много терморецептори: от 500 до 1500 на 1 mm 2. По този начин лицевата ямка в известен смисъл прилича на обикновено око: може да се направи известна аналогия между тази мембрана с рецептори и ретината. Този орган е в състояние да определи в каква посока е топъл обект, тъй като надвисналите ръбове на ямката хвърлят "топлинна сянка" върху мембраната. „Зрителното поле“ на двете ями се припокриват, което създава вид еквивалент на стереоскопичното зрение, което позволява на змията да определи разстоянието до обекта.
Терморецепторите на змията са изключително чувствителни: те реагират на температурни промени от 0,002°C и позволяват на змията да открие обекти, които са само с 0,1°C по-високи или по-ниски от температурата на околната среда. Гръмкащите змии, например, на разстояние 25 ... 30 см, могат да открият топлина, излъчвана от човешка ръка. Наличието на температурни сензорни органи е от голямо значение за тези животни, които ловуват топлокръвна плячка през нощта. Те проследяват плячката си по миризма, но в момента на атаката се ръководят от сигнали от лицевите ями.
бележки:
В Съединените щати термометърът обикновено се поставя в устата, а не под мишницата. - Прибл. превод
Тук авторът не е съвсем точен. Инкубационен периодоцелираната кокошка издържа само 60 дни, но женските снасят яйца на дълги интервали за дълго време, а мъжкият трябва да се справя с гнездото в продължение на 11 месеца. - Прибл. превод