Теплокровные животные: разнообразие и механизмы терморегуляции
Warm-blooded
Теплокровные животные: что это значит? Узнайте о терморегуляции, разнице между тепло- и холоднокровностью, и особенностях поддержания температуры тела.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Виды животных, способные поддерживать температуру тела выше температуры окружающей среды.
Animal species that can maintain a body temperature higher than their environment
Теплокровные спортивные породы лошадей.
the warmblood sport horse breeds
Теплокровный – это неформальный термин, используемый для обозначения видов животных, поддерживающих температуру тела выше температуры окружающей среды. В частности, гомеотермные виды (включая птиц и млекопитающих) поддерживают стабильную температуру тела, регулируя метаболические процессы. Другие виды обладают различной степенью терморегуляции. Поскольку животные используют более двух категорий контроля температуры, термины "теплокровный" и "холоднокровный" устарели в научной среде.
Warm blooded is an informal term referring to animal species whose bodies maintain a temperature higher than that of their environment. In particular, homeothermic species (including birds and mammals) maintain a stable body temperature by regulating metabolic processes. Other species have various degrees of thermoregulation. As there are more than two categories of temperature control utilized by animals, the terms warm blooded and cold blooded have been deprecated in the scientific field.
Терминология
В целом, теплокровность относится к трем отдельным категориям терморегуляции. Эндотермия – это способность некоторых существ контролировать температуру своего тела внутренними механизмами, такими как мышечная дрожь или увеличение метаболизма. Противоположностью эндотермии является эктотермия. Гомеотермия поддерживает стабильную внутреннюю температуру тела независимо от внешних воздействий и температуры окружающей среды. Стабильная внутренняя температура часто выше температуры окружающей среды. Противоположностью является поикилотермия. Единственными известными живыми гомеотермами являются млекопитающие и птицы, а также одна ящерица – аргентинский черно-белый тегу. Считается, что некоторые вымершие рептилии, такие как ихтиозавры, птерозавры, плезиозавры и некоторые нептичьи динозавры, были гомеотермами. Тахиметаболизм поддерживает высокий метаболизм даже в состоянии покоя. По сути, тахиметаболические существа находятся в активном состоянии постоянно. Хотя их метаболизм в состоянии покоя все еще во много раз медленнее, чем активный метаболизм, эта разница часто не так велика, как у существ с брадиметаболизмом. Тахиметаболическим существам сложнее справляться с нехваткой пищи.
In general, warm bloodedness refers to three separate categories of thermoregulation. Endothermy is the ability of some creatures to control their body temperatures through internal means such as muscle shivering or increasing their metabolism. The opposite of endothermy is ectothermy. Homeothermy maintains a stable internal body temperature regardless of external influence and temperatures. The stable internal temperature is often higher than the immediate environment. The opposite is poikilothermy. The only known living homeotherms are mammals and birds, as well as one lizard, the Argentine black and white tegu. Some extinct reptiles such as ichthyosaurs, pterosaurs, plesiosaurs and some non avian dinosaurs are believed to have been homeotherms. Tachymetabolism maintains a high "resting" metabolism. In essence, tachymetabolic creatures are "on" all the time. Though their resting metabolism is still many times slower than their active metabolism, the difference is often not as large as that seen in bradymetabolic creatures. Tachymetabolic creatures have greater difficulty dealing with a scarcity of food.
Разновидности терморегуляции
Значительная часть существ, обычно называемых "теплокровными", таких как птицы и млекопитающие, проявляют все три эти категории (то есть они эндотермические, гомеотермические и тахиметаболические). Однако за последние три десятилетия исследования в области термофизиологии животных выявили множество видов в этих двух группах, которые не соответствуют всем этим критериям. Например, многие летучие мыши и мелкие птицы становятся пойкилотермическими и брадиметаболическими во время сна (или, у ночных видов, в течение дня). Для таких существ был введен термин гетеротермия. Дальнейшее изучение животных, традиционно классифицируемых как "холоднокровные", показало, что большинство из них проявляют различные комбинации трех вышеупомянутых признаков, наряду с их противоположностями (эктотермия, пойкилотермия и брадиметаболизм), создавая тем самым широкий спектр типов регуляции температуры тела. Некоторые рыбы обладают признаками, характерными для теплокровных, например, опах. Рыбы-меч и некоторые акулы имеют механизмы кровообращения, поддерживающие температуру мозга и глаз выше температуры окружающей среды, что повышает их способность обнаруживать и реагировать на добычу. У тунцов и некоторых акул подобные механизмы присутствуют в мышцах, улучшая их выносливость при плавании на высокой скорости.
A significant proportion of creatures commonly referred to as "warm blooded," like birds and mammals, exhibit all three of these categories (i. e., they are endothermic, homeothermic, and tachymetabolic). However, over the past three decades, investigations in the field of animal thermophysiology have unveiled numerous species within these two groups that do not meet all these criteria. For instance, many bats and small birds become poikilothermic and bradymetabolic during sleep (or, in nocturnal species, during the day). For such creatures, the term heterothermy was introduced. Further examinations of animals traditionally classified as cold blooded have revealed that most creatures manifest varying combinations of the three aforementioned terms, along with their counterparts (ectothermy, poikilothermy, and bradymetabolism), thus creating a broad spectrum of body temperature types. Some fish have warm blooded characteristics, such as the opah. Swordfish and some sharks have circulatory mechanisms that keep their brains and eyes above ambient temperatures and thus increase their ability to detect and react to prey. Tunas and some sharks have similar mechanisms in their muscles, improving their stamina when swimming at high speed.
Производство тепла
Тепло тела генерируется метаболизмом. Это связано с химической реакцией в клетках, расщепляющей глюкозу на воду и углекислый газ, тем самым производя аденозинтрифосфат (АТФ) – высокоэнергетическое соединение, используемое для обеспечения других клеточных процессов. Сокращение мышц – один из таких метаболических процессов, генерирующих тепловую энергию, а дополнительное тепло возникает в результате трения при циркуляции крови по сосудистой системе. Все организмы метаболизируют пищу и другие вещества, но некоторые лучше используют полученную энергию, чем другие. Как и любое преобразование энергии, метаболизм довольно неэффективен: около 60% доступной энергии преобразуется в тепло, а не в АТФ. У большинства организмов это тепло рассеивается в окружающую среду. Однако эндотермические гомеотермы (обычно называемые «теплокровными» животными) не только производят больше тепла, но и обладают более эффективными механизмами его сохранения и регулирования, чем другие животные. У них более высокий базальный уровень метаболизма, который может дополнительно увеличиваться при интенсивной деятельности. Обычно у них хорошо развита теплоизоляция для удержания тепла тела: шерсть и подкожный жир у млекопитающих и перья у птиц. Если этой изоляции недостаточно для поддержания температуры тела, они могут прибегать к дрожи – быстрым мышечным сокращениям, которые быстро расходуют АТФ, стимулируя тем самым клеточный метаболизм для его восполнения и, как следствие, выработки большего количества тепла. Кроме того, почти у всех эутерийных млекопитающих есть бурая жировая ткань, митохондрии которой способны к термогенезу без дрожи. Этот процесс включает прямое рассеивание митохондриального градиента в виде тепла посредством разобщающего белка, тем самым «разобщая» градиент от его обычной функции – выработки АТФ посредством АТФ-синтазы. В теплой среде эти животные используют испарительное охлаждение для избавления от избыточного тепла, либо посредством потоотделения (у некоторых млекопитающих), либо посредством частого дыхания (у многих млекопитающих и всех птиц) – механизмы, обычно отсутствующие у пойкилотермов.
Body heat is generated by metabolism. This relates to the chemical reaction in cells that break down glucose into water and carbon dioxide, thereby producing adenosine triphosphate (ATP), a high energy compound used to power other cellular processes. Muscle contraction is one such metabolic process generating heat energy, and additional heat results from friction as blood circulates through the vascular system. All organisms metabolize food and other inputs, but some make better use of the output than others. Like all energy conversions, metabolism is rather inefficient, and around 60% of the available energy is converted to heat rather than to ATP. In most organisms, this heat dissipates into the surroundings. However, endothermic homeotherms (generally referred to as "warm blooded" animals) not only produce more heat but also possess superior means of retaining and regulating it compared to other animals. They exhibit a higher basal metabolic rate and can further increase their metabolic rate during strenuous activity. They usually have well developed insulation in order to retain body heat: fur and blubber in the case of mammals and feathers in birds. When this insulation is insufficient to maintain body temperature, they may resort to shivering—rapid muscle contractions that quickly use up ATP, thus stimulating cellular metabolism to replace it and consequently produce more heat. Additionally, almost all eutherian mammals have brown adipose tissue whose mitochondria are capable of non shivering thermogenesis. This process involves the direct dissipation of the mitochondrial gradient as heat via an uncoupling protein, thereby "uncoupling" the gradient from its usual function of driving ATP production via ATP synthase. In warm environments, these animals employ evaporative cooling to shed excess heat, either through sweating (some mammals) or by panting (many mammals and all birds)—mechanisms generally absent in poikilotherms.
Защита от грибков
Была выдвинута гипотеза, что теплокровность эволюционировала у млекопитающих и птиц как защита от грибковых инфекций. Очень мало грибов способны выжить при температуре тела теплокровных животных. Насекомые, рептилии и земноводные, напротив, часто страдают от грибковых инфекций. Теплокровные животные обладают защитой от патогенов, попадающих из окружающей среды, поскольку эти патогены не приспособлены к их более высокой внутренней температуре.
It has been hypothesized that warm bloodedness evolved in mammals and birds as a defense against fungal infections. Very few fungi can survive the body temperatures of warm blooded animals. By comparison, insects, reptiles, and amphibians are plagued by fungal infections. Warm blooded animals have a defense against pathogens contracted from the environment, since environmental pathogens are not adapted to their higher internal temperature.