Адаптации на хладнокръвни животни към студения сезон - зимата. Въведение в зоологията: хладнокръвни животни - кои са те? Студенокръвни животни, активни през студения сезон

Животинският свят е разнообразен и невероятен. Те се различават един от друг по много биологични характеристики. Бих искал да се спра на отношението на животните към температурата заобикаляща средаи разберете: какви са хладнокръвните животни?

Общи понятия

В биологията има понятия за хладнокръвни (пойкилотермни) и организми. Смята се, че хладнокръвните животни са тези, чиято телесна температура е нестабилна и зависи от околната среда. Топлокръвните животни нямат такава зависимост и се отличават с постоянство.И така, какви животни се наричат ​​студенокръвни?

Разнообразие от хладнокръвни животни

В зоологията хладнокръвните животни са примери за нискоорганизирани класове.Те включват всички безгръбначни и част от гръбначни: риби.Изключение правят крокодилите, които също са влечуги. Понастоящем този тип включва и друг вид бозайници - голият плъх къртица. Изучавайки еволюцията, много учени доскоро приписваха динозаврите на хладнокръвни животни. В настоящия момент обаче има мнение, че те все още са били топлокръвни според инерционния тип терморегулация. Това означава, че древните гиганти са имали способността да натрупват и задържат слънчевата топлина поради огромната си маса, което им позволява да поддържат постоянна температура.

Характеристики на живота

Хладнокръвните животни са тези, които поради слабо развита нервна система имат несъвършена система за регулиране на основните жизнени процеси в организма. Следователно метаболизмът на хладнокръвните животни също има ниско ниво. Наистина, протича много по-бавно, отколкото при топлокръвните животни (20-30 пъти). В този случай телесната температура е с 1-2 градуса по-висока от температурата на околната среда или равна на нея. Тази зависимост е ограничена във времето и е свързана със способността за натрупване на топлина от предмети и слънце или за загряване в резултат на мускулна работа, ако навън се поддържат приблизително постоянни параметри. В същия случай, когато външната температура падне под оптималната, всички метаболитни процеси при хладнокръвните животни се забавят. Реакциите на животните се инхибират, запомнете сънливите мухи, пеперудите и пчелите през есента. Когато настъпи понижаване температурен режимдве или повече степени в природата, тези организми изпадат в ступор (анабиоза), изпитват стрес и понякога умират.

сезонност

IN нежива природаима концепция за смяна на сезоните. Тези явления са особено изразени в северните и умерени ширини. Абсолютно всички организми реагират на тези промени. Студенокръвните животни са примери за адаптация на живите организми към температурните промени в околната среда.

Адаптиране към околната среда

Пикът на активността на студенокръвните животни и основните жизнени процеси (чифтосване, размножаване, размножаване) се пада на топлия период - пролетта и лятото. По това време можем да видим много насекоми навсякъде и да наблюдаваме техния жизнен цикъл. В крайводни и водни зони можете да намерите много земноводни (жаби) и риби на различни етапи на развитие.

Влечугите (гущери, различни поколения) са доста често срещани в горите и ливадите.

С настъпването на есента или в края на лятото животните започват интензивно да се подготвят за зимуване, което повечето от тях прекарват в спряна анимация. За да не умрат през периода на студено време, подготвителните процеси за доставка на хранителни вещества в телата им се извършват предварително, през цялото лято. По това време клетъчният състав се променя, става по-малко вода и повече разтворени компоненти, които ще осигурят целия процес на хранене. зимен период. С понижаване на температурата нивото на метаболизма също се забавя, консумацията на енергия намалява, което позволява на хладнокръвните животни да зимуват през цялата зима, без да се грижат за производството на храна. Също така важна стъпка в подготовката за неблагоприятни температурни условия е изграждането на затворени "стаи" за зимуване (ями, дупки, къщи и др.). Всички тези житейски събития са циклични и се повтарят от година на година.

Тези процеси също са безусловни (вродени) рефлекси, които се унаследяват от поколение на поколение. Животните, които претърпяват определени мутации в гените, отговорни за предаването на тази информация, умират през първата година от живота си и тяхното потомство също може да наследи тези нарушения и да бъде нежизнеспособно.

Импулсът за пробуждане от анабиоза е повишаване на температурата на въздуха до необходимото ниво, което е характерно за всеки клас, а понякога и за видовете.

Според хладнокръвните животни това са низши същества, при които поради слабото развитие на нервната система механизмите на терморегулация също не са съвършени.

Пойкилотермните или студенокръвните организми имат променлива телесна температура. Повишаването на температурата на околната среда им причинява силно ускоряване на всички физиологични процеси, променя активността на поведението. Така че гущерите предпочитат температурна зона от около +37 ° С. С повишаване на температурата развитието на някои животни се ускорява. Така например при +26 °C в гъсеница на зелева пеперуда периодът от напускане на яйцето до какавидиране продължава 10-11 дни, а при +10 °C се увеличава до 100 дни, тоест 10 пъти.[ .. . ]

Пойкилотермни организми - организми с променлива вътрешна телесна температура, която варира в зависимост от температурата външна среда(микроорганизми, растения, безгръбначни и нисши гръбначни).[ ...]

Пойкилотермните животни (от гръцки - различен и топъл) са студенокръвни животни с променлива вътрешна телесна температура, която варира в зависимост от температурата на околната среда. Те включват всички безгръбначни животни, а от гръбначните - риби, земноводни и влечуги. Телесната им температура по правило е с 1-2°C по-висока от температурата на околната среда или равна на нея. При повишаване или намаляване на температурата на околната среда над оптималните стойности тези организми изпадат в ступор или умират. Липсата на съвършени терморегулаторни механизми при пойкилотермните животни се дължи на относително слабото развитие на нервната система и ниското ниво на метаболизъм в сравнение с хомойотермните организми.[...]

Пойкилотермните (от гръцки poikilos - променлив, променящ се) организми включват всички таксони органичен свят, с изключение на два класа гръбначни животни - птици и бозайници. Името подчертава едно от най-забележимите свойства на представителите на тази група: нестабилността на телесната им температура, която варира в широк диапазон в зависимост от промените в температурата на околната среда.[ ...]

При животните зависимостта от температурата е силно изразена в промените в активността, което отразява цялостната реакция на организма, а при пойкилотермичните форми зависи най-силно от температурните условия. Известно е, че насекомите, гущерите и много други животни са най-подвижни през топлото време на деня и през топлите дни, докато при хладно време стават летаргични и неактивни. Започнете ги енергична дейностсе определя от скоростта на нагряване на тялото, в зависимост от температурата на околната среда и от пряката слънчева радиация. Нивото на подвижност на активните животни по принцип също е свързано с температурата на околната среда, въпреки че при най-активните форми тази връзка може да бъде "маскирана" от ендогенно производство на топлина, свързано с работата на мускулите.[...]

При пойкилотермните животни преживяването на ниски температури също е свързано с процеси, които предотвратяват замръзване на водата в тялото. Да разгледаме пример с насекоми.[ ...]

При пойкилотермните животни стабилният тип температурна адаптация е представен под формата на „настройка“ на температурния оптимум за ензимната активност и нивото на топлоустойчивост на тъканите. Това се изразява по-специално под формата на температурна компенсация, при която общото ниво на метаболизъм при индивиди, адаптирани към по-ниски температури, е по-високо, отколкото при адаптираните към по-високи (виж фиг. 4.9). На този фон се запазва ефективността на функционалния отговор на действието на специфични температури.[ ...]

При пойкилотермните животни (земноводни, мекотели и др.) температурните граници на активиране и нивото на топлоустойчивост на сперматозоидите са специфична видова характеристика и, подобно на топлоустойчивостта на соматичните клетки и клетъчните протеини, са свързани до известна степен с температурните условия на местообитанието, т.е. със степента на топлолюбиви ™ видове (Svinkin, 1959, 1961; Andronnikov, 1963, 1964).[ ...]

Сред пойкилотермните животни някои също са способни на терморегулация при определени условия. Пчелите, ястребите, големите варани, някои видове риби, като риба тон, могат да повишат телесната температура по време на периоди на висока мускулна активност.[ ...]

Много животни натрупват мазнини за зимата, а подкожният мастен слой осигурява топлоизолация. Редица животни в изпъкналите или повърхностни части на тялото (лапите на някои птици, плавниците на китовете) имат прекрасно устройство, наречено „чудесна мрежа“. Това е плексус от съдове, в който вените са плътно притиснати към артериите. Кръвта, протичаща през артериите, отдава топлина на вените, тя се връща в тялото, а артериалната кръв навлиза в крайниците охладена. Крайниците са по същество пойкилотермични, но температурата на останалата част от тялото може да се поддържа с по-малко енергия. Въз основа на физиологичните процеси много организми са в състояние да променят телесната си температура в определени граници. Тази способност се нарича терморегулация. По правило терморегулацията се свежда до факта, че телесната температура се поддържа на по-постоянно ниво в сравнение с температурата на околната среда. Механизмите на терморегулация при ендотермичните животни са особено съвършени. Както беше отбелязано по-рано, ендотермичните животни са способни да произвеждат достатъчно топлина и да регулират топлопреминаването, така че се запазва равенството на входящата и изходящата топлина (фиг. 4.21).[ ...]

Водните животни са предимно пойкилотермни. При хомойотермни животни, например китоподобни, перконоги, се образува значителен слой подкожна мазнина, която изпълнява топлоизолираща функция.[ ...]

При много животни дневната периодичност не е придружена от значителни отклонения на физиологичните функции, а се проявява главно от промени в двигателната активност, например при гризачи. Най-ясно може да се проследят физиологичните промени през деня прилепи. По време на дневния си покой през лятото много от прилепите се държат като пойкилотермни животни. Температурата на тялото им по това време практически съвпада с температурата на околната среда. Пулсът, дишането, възбудимостта на сетивните органи са рязко намалени. За излитане обезпокоен прилеп загрява дълго време поради химическо производство на топлина. Вечер и през нощта те са типични хомойотермни бозайници с висока телесна температура, активни и прецизни движения, бърза реакция на плячка и врагове.[ ...]

Но в живота на животните физиологичните адаптации са много по-важни, най-простата от които е аклиматизацията – физиологична адаптация за понасяне на топлина или студ. Например, борба с прегряването чрез увеличаване на изпарението, борба с охлаждането при пойкилотермни животни чрез частично дехидратиране на телата им или натрупване специални вещества, понижаване на точката на замръзване, при хомойотермални - поради промяна в метаболизма.[ ...]

Много животински видове са способни или неспособни на собствена терморегулация, тоест да поддържат постоянна температура. На тази основа те се делят на пойкилотермни (от гръцки poikiloi - различен, променлив и therme - топлина) и хомойотермни (от гръцки homoios - равен и therme - топлина). Първият има променлива температура, докато вторият има постоянна температура. Бозайниците и някои видове птици са хомеотермични. Те са способни на терморегулация, която се осигурява чрез физични и химични средства. Физическата терморегулация се осъществява поради натрупването на подкожния мастен слой, което води до запазване на топлината, или поради бързото дишане. Химическият път за терморегулация е изпотяването. Всички организми са пойкилотермни, с изключение на бозайниците и няколко вида птици. Телесната им температура се доближава до температурата на околната среда. Само няколко вида от тези животни са способни да променят телесната си температура, освен това при определени условия. Например рибата тон има тази способност. За пойкилотермните организми е важно повишаването на телесната им температура да настъпва, когато тяхната активност, метаболизмът им се засилва.[ ...]

Хомеотермните животни (топлокръвни организми) са животни, чиято температура е повече или по-малко постоянна и като правило не зависи от температурата на околната среда. Те включват бозайници и птици, при които постоянството на температурата е свързано с по-висока метаболитна скорост в сравнение с пойкилотермните организми. В допълнение, те имат топлоизолационен слой (оперение, козина, мазнини). Температурата им е сравнително висока: при бозайниците е 36-37°C, а при птиците в покой - до 40-41°C.[ ...]

Способността на растенията, животните и микроорганизмите да понасят както ниски, така и високи температури се увеличава с дехидратация на тъканите1 и този път на адаптация се използва широко от представители на различни таксони. В експерименти, дехидратираните коловратки понасят замръзване при -190°C; изсушаването е обичаен начин за тази група животни да издържат на неблагоприятни сезони по отношение на температурата и влажността. При много пойкилотермни животни съдържанието на вода в тялото се променя сезонно, повишавайки устойчивостта на студ зимно време. Това е особено изразено при видове, изложени през зимата на прякото действие на ниски температури, например при ксилофагни бръмбари, зимуващи в стволовете на дърветата. При видовете, живеещи в не толкова тежки условия, сезонните колебания на водното съдържание в тъканите и съответно студоустойчивостта не са толкова ясно изразени (Таблица 4.1, Фиг. 4.7).[ ...]

При изследваните морски животни зависимостта на интензивността на движение на опашката на сперматозоидите от температурата е подобна на съответните криви, получени за други групи организми. Това доказва общостта на реакциите, които са в основата на механизма на движение на животинските сперматозоиди. Въпреки това, реакцията на сперматозоидите на морски пойкилотермни животни към промените в температурата на околната среда има свои собствени характеристики. Както е показано от изследванията на преминаването на вълни на свиване по опашната нишка в сперматозоидите морски таралежии някои други морски организми(Holwill, 1969), при тях се наблюдава нарушение на линейната зависимост на честотата на биене на флагела при по-ниска температура, отколкото в ресничестия епител и опашните нишки на сперматозоидите на хомойотермични животни (Holwill and Silvester, 1967). Нарушаването на нормалния ход на кривата очевидно е свързано с денатурацията на ензима, който участва в реакцията, която доставя енергия за процеса на огъване на опашните нишки.[ ...]

Адаптационните процеси при животните по отношение на температурата доведоха до появата на пойкилотермни и хомеотермни животни. По-голямата част от животните са пойкилотермни, т.е. температурата на собственото им тяло се променя с промени в температурата на околната среда: земноводни, влечуги, насекоми и др. Много по-малка част от животните са хомойотермни, т.е. имат постоянна телесна температура, която прави не зависи от температурата на външната среда: бозайници (включително хората) с телесна температура 36-37 ° C и птици с телесна температура 40 ° C.[ ...]

Общият характер на дейността на животните в повечето случаи се определя от такива условия като вида на храната, взаимоотношенията с хищници и конкуренти, ежедневните промени в комплекса от абиотични фактори и др. По този начин ежедневната активност на пойкилотермните животни се определя до голяма степен от температурен режим на околната среда; при земноводните - комбинация от температура и влажност. Сред гризачите видовете, които ядат груби храни, богати на фибри, обикновено се отличават с денонощна активност. Семеядните форми, които консумират по-концентрирана храна, имат възможност да насрочат производството й към нощния период, когато натискът на хищниците е по-слаб. Това е особено силно изразено сред обитателите на откритите пространства на степите и пустините.[ ...]

Тъй като насекомите са пойкилотермни животни и тяхната телесна температура в много голяма степен зависи от температурата на околната среда и всички метаболитни процеси между тялото и околната среда протичат при различни температури с различна скорост, влиянието на температурния фактор на околната среда в живота на насекоми е много голямо значение, много повече, отколкото за топлокръвни животни.[ ...]

Така, за разлика от пойкилотермните организми, хомойотермните животни изграждат своя топлообмен на базата на собственото производство на топлина. Комплексът от специфични механизми на активна терморегулация се контролира на ниво целия организъм и прави вътрешните процеси независими от колебанията на външната температура. В резултат на това температурният диапазон на активния живот практически съвпада с диапазона на допустимите (от долния до горния праг на живот) температури.[ ...]

В експеримента способността на пойкилотермните животни да избират оптимални температури е ясно демонстрирана в устройства, където се създава температурен градиент. Експериментите с риби, влечуги, насекоми и други животни показват спецификата на предпочитаните температури за отделните видове и популации. В същото време разликите в предпочитаните температури корелират добре с разликата в температурните условия в естествените местообитания, което показва съвпадението на поведенческите реакции с „настройката“ на физиологичните механизми на температурни адаптации.[...]

[ ...]

Ако пойкилотермните животни претърпяват вцепенение, тогава зимната и лятна хибернация е присъща на хомойотермните животни, чиито физиологични и молекулярни механизми се различават от вцепеняването. Външните им прояви са едни и същи: понижаване на телесната температура почти до температурата на околната среда (само по време на хибернация, не е така през лятото) и скоростта на метаболизма (10-15 пъти), промяна в реакцията вътрешна средатялото към алкална страна, намаляване на възбудимостта на дихателния център и намаляване на дишането до 1 вдишване за 2,5 минути; сърдечната честота също спада рязко (например при прилепи от 420 до 16 удара в минута). Причината за това е повишаване на тонуса на парасимпатиковата нервна система и намаляване на възбудимостта на симпатиковата. Най-важното е, че по време на хибернация системата за терморегулация е изключена. Причините за това са намаляване на активността на щитовидната жлеза и намаляване на съдържанието на тиреоидни хормони в кръвта. Хомеотермните животни стават сякаш пойкилотермни.[ ...]

Вече знаем, че хомойотермичните животни могат да поддържат телесна температура в много по-широк диапазон от температури от пойкилотермните животни (виж Фиг. 3), но и двете умират при приблизително еднакви прекомерно високи или прекомерно високи температури. ниски температури(в първия случай - от коагулация на протеини, а във втория - поради замръзване на вътреклетъчната вода с образуване на ледени кристали). Но докато това се случи, докато температурата достигне критични стойности, тялото се бори да я поддържа на нормално или поне близко до нормалното ниво. Естествено, това е напълно характерно за хомойотермните организми, които имат терморегулация и могат в зависимост от условията да увеличават или намаляват както топлопроизводството, така и топлопреминаването. Преносът на топлина е чисто физиологичен процес, протича на ниво орган и организм, а производството на топлина се основава на физиологични, химични и молекулярни механизми. На първо място, това са втрисане, студено треперене, тоест малки контракции на скелетните мускули с ниска ефективност и повишено генериране на топлина. Този механизъм тялото се включва автоматично, рефлекторно. Ефектът му може да се засили чрез активна доброволна мускулна активност, която също засилва генерирането на топлина. Неслучайно прибягваме до движение, за да се стоплим.[ ...]

Вижте Гутеротермни, хомойотермни, пойкилотермни животни.[ ...]

Процесът на формиране на репродуктивната система при животните и хората е свързан със значителни физиологични промени в организма, както е известно, често придружени от временни сърдечни аритмии и други функционални нарушения. Ако вземем предвид особеното значение на топлинния режим в живота на пойкилотермните животни, тогава представените материали, които показват наличието на дълбоки трансформации на температурните изисквания на волжката платика по време на пубертета, ни позволяват да разглеждаме този период като един от критичните фази в процеса на онтогенезата, когато натискът на селекция върху популацията се увеличава значително. [...]

Сред най-важните термоадаптивни характеристики на пойкилотермните животни са показателите за резистентност, свързани с представите за зони на толерантност и резистентност, и индикатори, отразяващи оптималните режими на функциониране на системата. В зоната на толерантност, която се характеризира със значителна продължителност на живота, като правило има един, два и евентуално по-оптимални температурни области, спонтанно избрани от рибите. При тези температури се постига най-добра координация между повечето физиологични и биохимични процеси на тялото, което според нас разкрива дълбока аналогия с възприетата във физиката концепция за далечния ред. Оптималните състояния на живите организми се характеризират с наличието на локални екстремуми на редица интегрални параметри (функционали), например, като разликата между общия и основния метаболизъм и др., което ни позволява да разгледаме тези стационарни състояния на стабилно неравновесие като инвариантно, т.е. качествено сходно. В този смисъл, появата на множество оптимални температурни нива при някои видове риби допринася за разширяване на обхвата на хомеостаза на съществените физиологични параметри на организма.[ ...]

Адаптирането към стабилни температури при пойкилотермни животни се придружава от компенсаторни промени в нивото на метаболизма, които нормализират жизнените функции при съответните температурни режими. Такива адаптации се разкриват чрез сравняване на тясно свързани видове, географски популации от същия вид и сезонни условия на индивиди от същата популация. Общият модел на адаптивни промени в метаболизма е, че животните, адаптирани към по-ниска температура, имат по-висока метаболитна скорост от тези, адаптирани към по-висока температура (фиг. 4.8). Това се отнася както за общото ниво на метаболизма, така и за отделните биохимични реакции. Доказано е, например, че нивото и реактивността към температурни промени на амиллитичната активност на екстракта от панкреаса на болотна жаба се различават в различните географски популации на този вид. Ако активността при 35°С се приеме за 100%, то при 5°С жабите от населението на полуостров Ямал ще имат активност 53,7, а в популацията от околностите на Екатеринбург тя ще бъде само 35%. [ ...]

Точно както при растенията, метеорологичните условия влияят на пойкилотермните животни и хомеотермните животни реагират на това чрез промени в поведението си: времето на гнездене, миграция и т.н.[ ...]

Температурни адаптации. За растения, гъби, повечето животни, както и за клетки и тъкани на всички живи същества без изключение, кривите на зависимостта на нивото на метаболизма, скоростта на растеж, активността и други физиологични процеси от телесната температура имат /1-образна форма с максимуми в района от 25 до 40° и от екстремни точкиоколо 0° и в района на 40-50°С (фиг. 4.10). Възходящият клон на кривата е близо до експонентата, низходящият клон е близо до обратния експонента. В същото време в целия диапазон от промени в топлинната ситуация телесната температура се различава малко (на ниво десети или не повече от 1-2 градуса) от температурата на околната среда. Тези организми могат да бъдат определени като пойкилотермни или ектотермни, т.е. подложени на външна температура.[...]

Само хомойотермични животни могат да водят активен живот при температури под нулата. Пойкилотермите, въпреки че могат да издържат на температури доста под нулата, в същото време губят своята подвижност. Температура от порядъка на +40 ° C, т.е. дори под температурата на коагулация на протеина, е границата за повечето животни.[ ...]

Ако анализираме кръга от въпроси, свързани с адаптирането на хладнокръвните животни към температурата, тогава концепцията за термоадаптация в най-обща форма, очевидно, може да бъде формулирана по следния начин. Термична адаптация - това е комплекспроцеси и механизми от поведенчески, физиологичен, биохимичен и генетичен характер, които осигуряват стабилно функциониране на пойкилотермните организми (запазване на целостта на структурната и функционална организация на системата) в определени температурни интервали и интервали от време и са насочени към частично компенсиране на скоростта на метаболитните процеси при променящите се температурни условия на местообитанието на животните. [...]

Лятната хибернация (estivation) е неактивно състояние, подобно на съня (лятна почивка) на някои животни (гризачи) в сухи райони, което им помага да оцелеят през сухия и горещ сезон. Това включва и летния ступор на пойкилотермните животни (кърлежи, някои насекоми и др.).[ ...]

Безгръбначните, рибите, земноводните и влечугите нямат способността да поддържат телесната си температура в тесни граници. Наричат ​​се пойкилотермни (от гръцки r kPov - различен). Тези животни често се наричат ​​още ектотерми, тъй като те зависят повече от топлината, идваща отвън, отколкото от топлината, която се генерира в метаболитните процеси. Характеризира се с ниска интензивност на обмен и липса на механизъм за поддържане на топлина. Преди това тези животни обикновено се наричаха хладнокръвни, но този термин е неточен и може да бъде подвеждащ.[...]

ЛАНДШАФТНА ХОМЕОСТАЗА Способността на ландшафта да поддържа основната си структура и естеството на взаимоотношенията между елементите въпреки външните влияния. ХОМОЙОТЕРМНИ ЖИВОТНИ [от гр. Йоотоюз – подобни, еднакви и (Ierts – топлина], топлокръвни животни са животни, чиято телесна температура се поддържа постоянна независимо от температурата на околната среда поради енергията, отделяна по време на метаболизма (птици и бозайници).[ ...]

Хомеостаза - способност биологични системи- организъм, население и екосистеми - устояват на промените и поддържат баланс. Въз основа на кибернетичната природа на екосистемите, хомеостатичният механизъм е обратната връзка. Например при пойкилотермични животни промените в телесната температура се регулират от специален център в мозъка, който постоянно получава сигнал обратна връзка, съдържаща данни за отклонението от нормата, а от центъра идва сигнал, който връща температурата към нормалното. В механичните системи подобен механизъм се нарича сервомеханизъм, например термостат управлява пещ.[ ...]

Има различни мнения относно степента на дискретност на принципите на пойкилотермията и хомеотермията. Редица учени изхождат от факта, че разделянето на живите организми на тези две групи е неразумно и е чисто количествено (G. Whittow, 1970). Всъщност пойкилотермията и хомойотермията са просто крайности в непрекъсната серия от термични реакции, които определят използването на различни ниши ”(R. Hill, 1976). Забележете, между другото, че и двата подхода разглеждат пойкилотермията и хомоитермията само по отношение на животните; Разширяването на обхвата на пойкилотермните организми значително отслабва тези позиции.[...]

Поведенческите методи включват преместване на по-влажни места, периодично посещение на водопой, преминаване към нощен начин на живот и др. Морфологичните адаптации са устройства, които задържат вода в тялото: черупки на сухоземни охлюви, рогови покривки при влечугите и др. Физиологичните адаптации са насочени към при образование метаболитна вода, която е резултат от метаболизма и ви позволява да правите без питейна вода. Широко се използва от насекоми и често от животни като камила, овца, куче, които могат да издържат на загуба на вода съответно от 27%, 23% и 17%. Човек умира вече с 10% загуба на вода. Пойкилотермните животни са по-издръжливи, тъй като не се налага да използват вода за охлаждане, както топлокръвните животни.[ ...]

Нека сега разгледаме как се променя реакцията на организмите към факторите на околната среда в астрономическото време. Трябва да се отбележи, че и двете зависимости от време – възрастова и астрономическа – могат да бъдат тясно свързани една с друга, особено при организми с кратък жизнен цикъл. Първо, нека анализираме сезонната динамика на реакциите на видовете. Сезонната периодичност е едно от най-често срещаните явления в природата; произнася се в умерените и северните ширини. Водещата стойност за сезонната периодичност е годишен курстемпература, определя и редуването на етапите на почивка и активност. Състоянието на зимен покой е характерно за много видове животни и растения, но е особено добре изразено при организми, които не са в състояние да поддържат висока телесна температура, т.е. при растенията, всички безгръбначни и по-ниски гръбначни (риби, земноводни, влечуги) . Тези групи животни се наричат ​​пойкилотермни (за разлика от хомойотермни или топлокръвни).

Животните, които са в състояние да поддържат телесна температура поради вътрешното производство на топлина, се наричат ​​ендотермични – за разлика от ектотермите, чиято телесна температура зависи от температурата на околната среда. Ендотермите включват предимно всички топлокръвни, т.е. бозайници и птици (топлокръвните и студенокръвните животни често се наричат ​​съответно хомеотермни и пойкилотермни). Хиберниращи топлокръвни животни могат да бъдат определени като хетеротермални ендотерми; хетеротермия означава периодична промяна на температурата, в този случай - падането й под нивото, съответстващо на активен начин на живот.

Хибернацията може да е сезонна. Най-известната хибернация или хибернация продължава от есента до пролетта. Въпреки това състоянието на тялото през това време не остава непроменено. Епизодите на изтръпване с рязко забавяне на физиологичните процеси и максимален спад на телесната температура се редуват със „загряване“, когато вътрешното производство на топлина се увеличава, и кратка „отдих“ с висока телесна температура и нормален енергиен метаболизъм (нормотермални периоди).

При хиберниращи видове телесната температура обикновено пада под 10 ° C. Минимална температура от 3 ° C е регистрирана при дългоопашатите земни катерици, въпреки че при повечето индивиди от този вид тя не пада под 5 ° C. Метаболитна скорост (оценена чрез консумация на O 2 и освобождаване на CO 2 за единица време) в състояние на ступор намалява до около 5% от основния метаболизъм и може дори да не достигне 1% от нивото, характерно за активно държащ се индивид. Хиберниращите бозайници като правило са малки: теглото им не надвишава 10 kg и в повечето случаи варира от 10 g до 1 kg.

Аестивация

- лятна хибернация, свързана със сезонен недостиг на вода. За някои земни катерици хибернацията започва в най-горещото време на годината и продължава цяла зима, така че е трудно да се очертае граница между лятната и зимната хибернация. Остава неясно дали има физиологични разлики между тези две състояния, с изключение на разликата в телесната температура, която през горещото лято очевидно ще е по-висока, отколкото през зимата.

Ежедневен сън.

Този вид вцепенение е широко разпространен не само при бозайници, но и при птици и може да се появи по всяко време на годината. Забавянето на физиологичните процеси по време на ежедневна хибернация не е толкова значително, колкото по време на сезонна хибернация. Телесната температура обикновено пада до около 18°C, въпреки че при някои видове пада под 10°C, а скоростта на метаболизма е около една трета от основната метаболитна скорост. Вцепенение от този вид винаги продължава по-малко от един ден. Хиберниращите видове могат да изпитат едни и същи кратки епизоди на вцепененост в началото и края на периода на хибернация, но очевидно физиологичният механизъм тук е различен от този по време на денонощна хибернация, тъй като скоростта на метаболизма като правило намалява много повече. Средно животните с ежедневна хибернация са по-малки от тези със сезонна хибернация: масата на повечето от тях е от 5 до 50 g.

Бозайници и птици.

По-рано се смяташе, че сезонната хибернация и изтръпване са характерни само за малък брой бозайници и птици, които живеят в студен климат. Въпреки това, непрекъснато се откриват нови хетеротермни видове и те се срещат от Арктика до тропиците.

Сред птиците американският белогърлен кошар ( Phalaenoptilus nuttallii). По време на периоди на отпадналост телесната му температура е прибл. 5 ° C, но на всеки няколко дни за кратко времесе издига. Дневната хибернация при птиците е доста често срещана, а при дневните видове се случва през нощта; такива видове включват, например, гълъби, нощници, колибри, бързеи, лястовици, слънчеви птици и манакини. Много птици през нощта наблюдаваха т.нар. "Нощна хипотермия", т.е. леко (по-слабо, отколкото при ежедневна хибернация) забавяне на физиологичните процеси и понижаване на телесната температура. Последното в този случай пада с около 5°C, като скоростта на метаболизма е малко по-ниска от нивото на основния метаболизъм или дори съответства на него, което обаче е около половината от метаболитната скорост на птица, почиваща през деня. Нощна хипотермия е забелязана при синигери, чинки, врабчета, белооки, медояди и много други малки птици.

Сред бозайниците хибернацията е известна при много видове от трите подкласа. Наблюдаван е при яйценосната (унитремна) ехидна в Австралия и в поне две семейства торбести, австралийските пигмейски опосуми (Burramyidae) и чилийските опосуми ( Dromiciops australis, семейство Microbiotheriidae) в Южна Америка. В подкласа на плацентата сезонната хибернация е известна сред представителите на разредите на насекомоядни (таралежи), прилепи (насекомоядни прилепи) и гризачи (сони, мармоти, бурундуди, земни катерици). Очевидно хибернацията е характерна за някои примати от Мадагаскар. Това, което се счита за хибернация при големите хищници (мечки, язовци) всъщност е коренно различно физиологично състояние и се нарича зимен сън или зимна анорексия (загуба на апетит). Телесната температура в този случай намалява само с няколко градуса.

Ежедневната хибернация е широко разпространена и сред малките животни. Известен е в няколко семейства торбести в Австралия (при хищни торбести, малки опосуми) и Южна Америка (при мишеподобни опосуми). От плацентарите се вливат в него насекомоядни (земерии), прилепи, плодови прилепи, примати (миши лемури), хищници (скункс, американски язовец), гризачи (белокраки хамстери, джербили) и скачащи птици.

Влечуги и други животни.

Състоянието на сезонно изтръпване е характерно не само за ендотермични бозайници и птици, но е широко разпространено и сред ектотермни гръбначни (риби, земноводни, влечуги) и безгръбначни (например насекоми и охлюви). При ектотермите обаче това състояние се различава по това, че животното не може активно да се затопля поради вътрешното производство на топлина и е изцяло зависимо от външни източници на топлина.

При много влечуги и риби в състояние на сезонен ступор (при хладнокръвните животни не е обичайно да се нарича хибернация) не само рязко намалява интензивността на метаболизма; когато възникнат хипоксични състояния, т.е. съдържанието на кислород в тялото намалява, те преминават към анаеробен метаболизъм. Земноводните в състояние на ступор очевидно продължават газообмена, което съответства на изключително слаб аеробен метаболизъм. Повечето ектотермични гръбначни животни зимуват на места, където са защитени от замръзване. Въпреки това, някои сухоземни видове (жаби, костенурки) са в състояние да оцелеят при пълно замръзване, докато рибите могат да бъдат заобиколени от лед, но очевидно не замръзват. Устойчивите на замръзване видове имат намалено съдържание на вода в жизненоважни органи и повишени концентрации на глюкоза и други вещества, наречени криопротектори. Тези съединения предотвратяват кристализацията на леда, което би увеличило обема на клетките и по този начин предпазва техните мембранни структури от разрушаване. Много безгръбначни, по-специално насекоми и морски обитатели, също могат да оцелеят при замръзване.

Характерни са безгръбначните различни формиизтръпване със значително намаляване на скоростта на метаболизма. Някои коремоноги са способни да го намалят с 90% при постоянна температура в сравнение с активното състояние. При липса на кислород скоростта на метаболитните процеси в ракообразните Artemia е само 0,002% от нивото, съответстващо на активно състояние. Зимното изтръпване при насекомите се предизвиква от ниска температура на околната среда, докато лятното вцепеняване е реакция на недостиг на вода и топлина. От друга страна, диапаузата, настъпваща на определен етап от жизнения им цикъл, т.е. период на физиологичен покой и временно спиране на развитието, обикновено не е свързан със специфични фактори на околната среда, а е програмиран чисто генетично.

Предимства и недостатъци.

Основното предимство на хибернацията и другите състояния на почивка е, че те могат значително да намалят разходите за енергия. Дори ако се вземат предвид периодичните събуждания, бозайник по време на хибернация изразходва по-малко от 15% от количеството енергия, което би му било необходимо, за да поддържа нормална телесна температура през зимата. Мащабът на подобни спестявания вероятно се илюстрира най-добре от факта, че много зимуващи животни за 5-7 месеца съществуват единствено за сметка на мастните резерви, натрупани преди настъпването на неблагоприятен сезон.

Потенциалните недостатъци на дългосрочното вцепеняване включват възможността за смърт от изтощение или изсушаване на тялото. Опасност е и замръзване при екстремно студено време или липса на енергийни резерви, необходими за терморегулация. По време на дълбок хибернация животните са неподвижни, което означава, че са беззащитни срещу хищници. ДА СЕ негативни последицисезонната хибернация включва също отслабване на имунната система и атрофия на скелетните мускули.

регулаторни фактори.

Началото на хибернация при много видове се определя от сезонната промяна на фотопериода, т.е. съотношението на дневната светлина към тъмнината. Съкращаването на продължителността на деня води до намаляване на размера на репродуктивните органи при животните и началото на подготовката им за зимен сън. Въпреки това, не всички видове се характеризират с фотопериодизъм. Например, при много земни катерици има ясен окологодишен (многогодишен) биоритъм, който определя сезона на хибернация като цяло, независимо от фотопериода. Редица видове, живеещи в местообитания с непредвидими колебания на факторите на околната среда, се характеризират с нередовна хибернация. Те са в състояние да изпаднат в продължителен ступор по всяко време на годината, когато условията станат неблагоприятни за активен живот.

Обучение.

По време на периода на подготовка за хибернация важна характеристика на животните е натрупването на мазнини и/или съхранението на храна. Една от формите на приготвяне е и повишената консумация на мастни киселини, които повишават устойчивостта на организма към продължително изтръпване. Изборът на подходящ подслон за хибернация е изключително важен. Те често се обслужват от дупки, пещери или минни изработки, в които животното е защитено не само от хищници, но и от екстремни температури. В повечето зимни заслони температурата винаги е поне няколко градуса над нулата, дори навън да е много студено.

При много видове сезонната хибернация се предшества от кратки епизоди на вцепененост с относително висока телесна температура. Такова "загряване" обаче не винаги се наблюдава. Въпреки това телесната температура и скоростта на метаболизма изглежда достигат минимум само в средата на сезона на хибернация, когато периодите на дълбоко вцепеняване са особено дълги.

Физиологични промени.

По време на торпор се наблюдава не само намаляване на телесната температура и скоростта на метаболизма. Сърдечната честота е значително намалена - до 5-10 удара в минута. Въпреки че сърдечният дебит може да намалее с 98% кръвно наляганенамалява само с 20-40%, тъй като вискозитетът на кръвта се увеличава с понижаване на температурата. Освен това дори се подобрява кръвоснабдяването на сърцето и така наречената "кафява мазнина", която служи като източник на енергия. Дишането при много видове по време на хибернация не е равномерно, а се състои от редуващи се периоди на полипнея (бързо плитко дишане) и апнея (липса на дишане), които могат да продължат повече от час; в резултат на това доставянето на кислород към тялото рязко намалява.

Въпреки че по време на вцепенение телесната температура на топлокръвните животни може да се колебае в зависимост от условията на околната среда, както при ектотермните видове, при тях терморегулацията не спира. Има определен температурен праг, под който тялото не трябва да се охлажда.

Периодични събуждания.

Повечето от енергията по време на хибернация се изразходва за периодични събуждания. Причините за прекъсването му не са напълно изяснени и има няколко хипотези за това. Според един от тях физиологичното равновесие по някакъв начин се нарушава по време на вцепеняване и за коригирането му са необходими нормотермични периоди. Това вероятно се дължи на изчерпването на някои хранителни вещества (напр. глюкоза), които трябва да бъдат ресинтезирани, натрупването на вредни съединения, които изискват екскреция, или дехидратацията на тялото, т.е. необходимостта от увеличаване на водното му съдържание. Според други хипотези епизодите на вцепененост се контролират от биологичния часовник и животните се събуждат в съответствие с удължен циркаден (циркаден) ритъм, за да проверяват периодично условията на околната среда, или са принудени да се събуждат, за да запазят способността си да продължавайте хибернацията, като вид "дълг на съня" на тялото, ликвидиран в нормотермично състояние.

Причините за периодичното възстановяване от ступор са неизвестни, но е установено, че животните в него стават по-чувствителни към външни дразнители с повишаване на температурата и към края на периода на дълбок ступор. Топлината за затопляне може да се генерира от треперене на мускулите или повишено окисление на кафява мазнина. Скоростта на повишаване на температурата зависи от телесното тегло на животното: при малки видове (с тегло под 10 g) неговият максимум е повече от 1 ° C / min, докато при големите видове (по-тежки от 5 kg) той не надвишава 0,1°С/мин. В същото време максимална скоростзатоплянето не се поддържа през целия процес на събуждане, който обикновено трае по-малко от 1 час при малките животни и няколко часа при големите.

температурен факторе не по-малко важно в живота на организмите от светлината, тъй като интензивността на метаболизма и жизнената дейност на животните и растенията зависи от неговата интензивност. Изключително ниските и изключително високите температури са фатални за по-голямата част от организмите. И въпреки че за различни видоветези граници са различни, но за повечето сухоземни растения и животни температурният оптимум варира в относително тесни граници. Така че при растенията и хладнокръвните животни активният живот е възможен само при температури над 0 ° C. В същото време горната граница рядко надвишава 40-45 ° C. Зависимостта на жизнената активност на организмите от интензивността фактори на околната средасхематично показани в. 115.

Ориз. 115. Схема на действие на фактора на околната среда

При птиците и бозайниците в процеса на еволюция е разработена система за терморегулация, която позволява поддържане на постоянна телесна температура. Благодарение на това тяхната активна жизнена дейност стана възможна дори при ниски температури.

В райони на земното кълбо, където сезонните промени в температурния фактор са ясно изразени по сезони, жизнената дейност на животните и растенията също е обект на сезонни промени. Много тревисти растения в тези райони завършват целия си вегетационен период за един вегетационен период (пролетни едногодишни растения).При зимните едногодишни поникват семена, от есента и зимата такива растения се намират във фаза на култивиране. Следователно ниските температури на първия етап от тяхното развитие - етапа на яровизация - се превърнаха в незаменим фактор за нормалното завършване на жизнения цикъл.

Най-важната адаптация на зимуващите растения в умерените и северните райони е тяхната студоустойчивост. Това се осигурява от редица морфологични и физиологични особености на такива растения. Тези характеристики включват: падане на листа от дървета, спиране на сокооттока и процесите на растеж, способност за втвърдяване през есента и зимата (натрупване на захари, намалена клетъчна пропускливост), плътни покрития с множество люспи по бъбреците и редица други. Физиологичната подготовка на растенията за зимата започва много преди настъпването на студеното време. Тук се задейства сигналната роля на съкращаването на дневните часове.

хладнокръвни животни, неспособни на активен живот при отрицателни температури (гущери, сухоземни безгръбначни и др.), изпадат в анабиоза през зимата. Телесната им температура рязко спада, всички метаболитни процеси в него се инхибират.

топлокръвни животни, които не могат да си набавят храна през зимата, попадат в зимен сън(мечка, язовец) или зимен сън (гофер, мармот). Много животни мигрират към места с повече храна ( прелетни птици). Хибернацията е свързана със значителни промени във физиологичните функции: телесната температура и интензивността на дишането намаляват, което означава, че мастните резерви, натрупани от есента, се изразходват по-бавно. В началото на тези промени, както при растенията, сезонните промени в продължителността на дневните часове често придобиват сигнална роля.

При много пустинни животни активният живот спира не с намаляване, а с прекомерно повишаване на температурата през летните месеци.

Приемането на температура се различава от всички останали сетива по няколко начина. Ние осъзнаваме само внезапните промени в температурата, които усещаме като топлина или студ; но въпреки това човешкото тялореагира на температурата през цялото време. Количеството топлина, което получаваме от външната среда или внасяме в нея, постоянно се балансира от мускулната активност, треперенето или изпотяването. В резултат на това температурата на човешкото тяло се поддържа на постоянно ниво: приблизително 36,9 ° C. Ако тази температура се повиши - по време на заболяване или при физическо натоварване - човек се изпотява, тоест кожата му е покрита със слой течност, която, изпарявайки се, охлажда тялото. Ако телесната температура падне, например при течение, човекът започва да трепери: мускулите се свиват и отпускат бързо, за да увеличат производството на топлина.

Животните, които са в състояние чрез физиологични процеси да регулират телесната си температура, така че промените й да останат в много тесни граници, се наричат топлокръвен.Те включват само бозайници и птици. Всички други животни са такива студенокръвни:телесната им температура се променя в зависимост от температурата на околната среда. Термините „топлокръвни“ и „студенокръвни“ не могат да се считат за успешни: при бозайниците по време на зимен сън кръвта става напълно студена, а при насекомите и влечугите, живеещи в тропиците, тя е относително топла. Ето защо учените предпочитат да наричат ​​животни, способни на терморегулация, хомойотермичен,и животни, които не са способни 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 vivoне беше взето предвид, но въпреки това в природата някои пойкилотермни животни могат да регулират телесната си температура до голяма степен.

Именно постоянството на телесната температура води до факта, че температурното усещане се различава от всички останали сетива. Отличителен белегдруги сетивни органи е, че те не дават реакция при липса на дразнене, идващо от околната среда, а силата на реакцията им зависи от енергията на въздействащите върху тях стимули, нарастваща пропорционално на нарастването на дразненето. И така, при липса на светлина ние не виждаме нищо, но с увеличаване на осветеността, например на разсъмване, ние започваме да виждаме все повече и повече 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 нормалната телесна температура, ни се струва студено или хладно; всичко, което има по-висока температура, е горещо или топло. Студът и топлината са относителни понятия: ако държите ръката си в ледена вода и след това я спуснете в студена чешмяна вода, 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. Дръжте единия пръст в гореща вода, а другия в студена вода и след това потопете двата пръста в топла вода. Първият пръст ще се почувства студен, а вторият - топъл. След известно време пръстите ще свикнат нова температураи не усеща нито топлина, нито студ. От това 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 изглежда са настроени на нова „нулева точка“, която служи като референтна точка за всички следващи температурни промени. Тук обаче има усложнение. Притиснете студен предмет към кожата и след това го отстранете. Усещането за прохлада ще продължи известно време, въпреки че кожата вероятно вече се е затоплила отново. Това явление все още не е обяснено.

Всъщност не можем да говорим за телатемпературен усет, тъй като температурата, като правило, се възприема от прости рецептори, разположени 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: топлина и студ. Тези данни помагат да се обяснят някои от характеристиките на усещането за температура, които описахме по-горе. Броят на нервните импулси, генерирани от тези рецептори, не е пропорционален на силата на стимулацията, какъвто е случаят например в ушните рецептори. 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 в нервната система импулсите, идващи от тези два (а може би и от някои други) вида рецептори, си взаимодействат, за да ни създадат така познатото „усещане за температура“; въпреки това, въпреки че физиологичната основа на усещането за температура все още не е много ясна, можем да обсъдим какъв ефект има температурата върху живота на човека и животните. Припомнете си още веднъж, че усещането за температура е различно от всички други сетива. Той служи на животното за благополучие и комфорт, а не за ориентация или откриване на храна, врагове и представители на противоположния пол; единствените изключения са няколко животни - кокошки от плевели, дървеници и змии, които ще бъдат обсъдени в края на тази глава. При всички други животни това чувство е насочено главно вътре в организма: 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 преместване на сянка или в слънцето.

Грижата, с която телесната температура се поддържа на постоянно ниво, показва как важностза 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 треперене не зависят пряко от температурата на кожата или устата; основният фактор в този случай е температурата вътре в тялото. Истинският център на терморегулацията се намира в мозъка, в хипоталамуса; действа като термостат; ако твърде топла кръв тече 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 освобождаването 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 телесната температура постоянна. При такива обстоятелства е необходимо да се вземат някои допълнителни меркидокато физиологичният механизъм на терморегулация се провали. Дори ако колебанията на температурата на околната среда не са твърде големи, тези допълнителни действия помагат за спестяване на енергия, изразходвана от треперене, или за запазване на водата, 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 граници, разбира се.

Домашната котка например се превърна в символ на комфорта. Тя почива и спи не повече от куче, но в същото време винаги изглежда много по-спокойна и се чувства, очевидно, много по-комфортно. Един немски изследовател анализира какви позиции заема котката му по време на сън и как те са свързани с температурата на въздуха и мястото, 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 плочен под. Въпреки това, 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 поза: котката крие главата и лапите си, притискайки ги към стомаха си, и ги покрива с опашката си отвън. 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 спящата котка се изправя вече до полупръстен и накрая 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 котка, която спи в топла стая, смени позицията си, тя, така да се каже, си осигурява 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 зимуват за дълго време; в същото време всички жизненоважни процеси в тялото им се забавят или спират. „Хибернация“ не е съвсем точният термин, въпреки че състоянието, което обозначава, е в много отношения подобно на нормалния сън: например животните имат намаление на дишането и сърдечната честота. 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.

В топлите страни през горещия сезон животните може да нямат храна. Растителността изсъхва и много животни изпадат в състояние на така наречената лятна хибернация (estivation). IN 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 започна да се отнася до състояние на продължителен сън от всякакъв произход. През последните години научихме много за физиологичните механизми на хибернация, по-специално какви условия на околната среда причиняват това състояние и как животното оцелява при ниска телесна температура. Колкото по-дълбоко беше изследван проблемът за хибернацията, толкова по-сложен се оказа това явление. Преди се е смятало, че животните зимуват през есента и се събуждат чак през пролетта, но сега се знае, че през зимното размразяване често се събуждат за няколко дни и излизат от зимните си убежища в търсене на храна. Дори сънличката, която Л. Карол представя като най-сънливото животно, се събужда за кратко през зимата, за да яде; а прилепите по време на размразяване излизат от скривалищата си, 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 с храна, съхранявана 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. Когато телесната температура е твърде ниска, тялото на животното "изгаря" допълнителното количество хранителни вещества, необходими за възстановяване на тази температура до ниво, което гарантира оцеляване. Вече знаем, че животните, които спят в приютите си цяла зима, всъщност са изолирани външен святдалеч не напълно и напълно защитени от нейните 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, който не е бял, а кафяв. Слой от такава мазнина е открит в много спящи през зимата животни, така че е наречена жлеза за хибернация, въпреки че никой не знае 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 да „изгорят“ мазнините си много по-бързо и съответно да отделят по-бързо необходимата топлина. Когато температурата на кръвта падне, хипоталамусът изпраща сигнали до кафявата мастна тъкан и в нея се генерира топлина, която се пренася от кръвта в цялото тяло. Децата и новородените животни не са в състояние да поддържат желаната телесна температура поради треперене на мускулите, 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 остава за цял живот. 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 използват кафява мазнина 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 режим на работа, при който се 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 напълно да разчита на него, тъй като температурата на околната среда може да стане твърде ниска. Някои животни, като таралежите, избягват студа, като изолират дупките си, докато 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 около 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.

Поведение на котки и прилепи резки променитемпературата 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 към водата). 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 припече, ако му стане студено, или се крие на сянка, когато стане твърде горещо, а някои пустинни влечуги са развили строг дневен ритъм на активност, който им помага да избягват прекомерното характеристика на пустинята.резки колебания в температурата: студът на нощите и парещата 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. Гущерите, живеещи в пустинята през нощта, се катерят в различни пукнатини 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 максимално количество топлина. - Телесната температура на гущера се повишава, докато достигне телесната температура на активните хомойотермични животни, т.е. приблизително 37 °C. Сега гущерът е готов да води нормален ежедневен 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 се нагорещяват много и гущерът, за да избегне прегряване, издига тялото си над земята. Още по-късно, по обяд, гущерът се крие в убежището си под скала или се крие в сянката на оскъдните пустинни растения. Следобед тя се изкачва отново и, ако не трябва да се движи, заема такава позиция, че само малка част от повърхността на тялото й е обърната към слънцето и поглъща топлина. До края на деня телесната температура на гущера се поддържа на доста високо ниво поради факта, че животното се придържа 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 загуба на топлина поради излъчването й към околната среда.

През нощта температурата пада и гущерът изпада в ступор от студа. Когато слънцето изгрява, тялото на гущера се затопля и той изпълзява на слънце. След като най-накрая се затопли, тя става активна и си набавя храна, а след това, когато слънцето започне да пече твърде много, тя се скрива на сянка и дейността й остава на сянка. Следобед поведението на гущера се променя.

Методът за терморегулация, използван от гущерите, като цяло е доста ефективен. Въпреки това, влечуги и други пойкилотермни животни, лишени от способността да задържат топлина, подобно на хомойотермните животни, поради производството на топлина от собственото си тяло, могат да живеят далеч не навсякъде. Големите влечуги са толкова редки извън тропиците, защото в студен климат те трябва да се затоплят твърде дълго сутрин и най-често те ще умрат, преди да успеят да се стоплят.

По същата причина големи насекоми не се срещат в сравнително студени райони на земното кълбо. Насекомите използват приблизително същите методи за терморегулация като влечугите: когато също се крият интензивна топлинаили студено и се печете на слънце преди да излети. Въпреки това, някои насекоми са в състояние да повишат телесната си температура чрез мускулна активност, като например бързи движения на крилата (нещо като загряване за атлети, които правят серия от упражнения, за да загреят преди представление). Известно е, че някои пеперуди не могат да летят, докато телесната им температура не достигне 32-35 °C. Земните бръмбари дори наистина треперят, ритмично свиват летящите си мускули, но не правят никакви движения с крилата си; обаче това треперене се различава от това 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 леки 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. IN лятно времетемпературата в кошера се поддържа 34…35 °C. Тази температура може да бъде по-висока от температурата на околната среда поради топлината, излъчвана от телата на пчелите в кошера. Ако в кошера стане твърде горещо, няколко пчели работнички застават на прореза, обръщайки коремчетата си към него и започват да махат с крила. Горещият въздух се изпомпва, докато по-хладният въздух прониква в кошера през пукнатини в стените му. Ако температурата вътре в кошера продължава да се повишава, пчелите носят вода и я поръсват отгоре на питата. Водата се изпарява и охлажда околния въздух, който се спуска надолу по пчелните пити. 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 целия мед и да умрат.

Постоянството на телесната температура е от съществено значение за развитието на потомството при много животни, особено хомойотермите. Ако пилешки яйцаготини, те никога няма да се излюпят, защото ембрионите ще умрат. Общоизвестно е, че птиците седят върху яйцата си, за да ги затоплят, но инкубацията не е само да седят 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. гнездово място. Именно тази открита зона на кожата, много богата на кръвоносни съдове и следователно особено топла, влиза в контакт с яйцата. Птиците периодично обръщат яйцата, които поради това се нагряват равномерно и поддържат температура, приблизително равна на телесната температура на птицата, която седи върху яйцата. Разбира се, птицата не измерва температурата на яйцата. Въпреки това, според наблюденията, при лошо време птиците прекарват повече време на яйца и много не са склонни да отлитат, ако бъдат обезпокоени. IN тропически странинапротив, понякога има нужда да се предотврати прегряване на яйцата; в този случай родителите стоят над гнездото, като предпазват яйцата от слънцето. Египетските зуйки дори наливат вода върху яйцата си. Полагат ги на гола земя, а през деня ги заравят в пясъка, за да ги 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 удивително да е поведението на египетската зуйка, то не може да се сравни със сложното поведение на гнездене на австралийските пилета. Последните се подлагат на невероятни трикове, за да излюпят малките си, въпреки че е напълно неразбираемо защо не трябва да инкубират яйца. по обичайния начин. Тези птици принадлежат към семейството на бурените пилета или големи крака (буквален превод латинско имесемейства - Megapodiidae); те живеят в храсталаци във вътрешните сухи райони на Австралия. Повечето птици от това семейство заравят яйцата си в земята, която ги затопля с естествената си топлина. Кокошката от джунглата, например, снася яйцата си в дупки, пълни с пясък. Слънцето нагрява пясъка и така се поддържа необходимата за яйцата температура. 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 яйцата си в тях. Когато листата изгният, могилата се затопля отвътре, като купчина окосена трева.

Оцелираните кокошки отиват още по-далеч: те буквално регулират температурата на хълма за гнездене. В сухите райони, където живеят тези птици, няма гнила зеленина и затова пилетата с очи я приготвят сами. Мъжкият изкопава голяма дупка с диаметър до 4–5 м и дълбочина около метър и я запълва с паднали листа, клонки и други растителни остатъци, които събира около гнездото в радиус до 50 м. След дъждът намокри тази купчина боклук, мъжкият заспива нейния пясък и в ямата започва процесът на гниене. 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 кокошката с мъжки очи е изцяло заета с регулирането на температурата в 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 пренареди купчината според нуждите, 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 събира почвени проби в човката си, където са разположени терморецепторите. Когато гниенето е интензивно, кокошката с мъжки очи се опитва да намали температурата в гнездото: той разпръсква горния слой материал за гнездене отстрани, давайки изход за топлина. Когато слънцето пече много силно и има опасност от прегряване на яйцата, той натрупва върху гнездото слой пясък, който играе ролята на изолиращо уплътнение. 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 разбърква разпръснатия пясък, който поради това се затопля правилно, а през нощта птицата отново запълва гнездото с този топъл пясък. Това е най-много общо описаниеповедение на мъжката кокошка с очи. Докато пилетата се излюпят от яйцата си и не излязат на повърхността, той непрекъснато е зает с определянето на температурата на пясъка и гниещите растения и съответните пренареждания на купчината на гнездото.

За разлика от други животни, за които говорихме преди, кокошката с очи променя средата, в която се развива нейното потомство, а не средата на собствения си организъм. Въпреки това, в този случай температурният усет се използва и за терморегулация, а терморецепторите действат като контактни рецептори. Има обаче и животни, които използват терморецепторите си като далечни рецептори, за да получават информация за обекти на значително разстояние от тях. Така те засичат топлината, излъчвана от телата на бъдещите си стопани, кръвосмучещи животни. 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, антените му се въртят, докато и двете не сочат директно към обекта. След това буболечката завърта цялото си тяло в посоката, където са обърнати антените, и отива към топъл предмет, 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, за да образуват специален орган, благодарение на който температурното усещане дава на тези змии много повече информация за околната среда, отколкото на всяко друго животно.

Рецепторите, разположени в мембраната, са чувствителни към топлината, проникваща през тесен отвор. Змията получава известна представа в коя посока е обърнат топъл или студен обект от "термичната сянка", хвърлена върху мембраната от надвисналите ръбове на дупката. 1 - мембрана с рецептори.

Семейството пепелянки, което включва такива отровни видове като мокасинова змия и гърмяща змия, получава името си от двете "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 се намира топъл обект, тъй като надвисналите ръбове на ямата хвърлят "термична сянка" върху мембраната. „Зрителното поле“ на двете ями се припокриват, създавайки един вид еквивалент на стереоскопичното зрение, което позволява на змията да определи разстоянието до обекта.

Терморецепторите на змията са изключително чувствителни: те реагират на промени в температурата до 0,002°C и позволяват на змията да открие обекти, които са само с 0,1°C над или под температурата на околната среда. Гръмкащите змии, например, на разстояние 25-30 см могат да открият топлина, излъчвана от човешка ръка. Наличието на температурни сетивни органи е от голямо значение за тези животни, които ловуват през нощта за топлокръвна плячка. Те проследяват плячката си по миризма, но в момента на атаката се ръководят от сигнали от лицевите ямки.

бележки:

В САЩ термометърът обикновено се поставя не под мишницата, а в устата. - Забележка. превод

Тук авторът не е съвсем точен. Инкубационният период на кокошката с очи продължава само 60 дни, но женските снасят яйца с дълги паузи за дълго време, а мъжкият трябва реално да заема гнездото в продължение на 11 месеца. - Забележка. превод