Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Терморегуляция, поддерживающая стабильную внутреннюю температуру тела вне зависимости от внешних воздействий.
Thermoregulation that maintains a stable internal body temperature regardless of external influence
Гомеотермия, гомотермия или гомоиотермия – это терморегуляция, поддерживающая стабильную внутреннюю температуру тела вне зависимости от внешних воздействий. Эта внутренняя температура тела часто, хотя и не обязательно, выше температуры окружающей среды (от греческого ὅμοιος homoios – "подобный" и θέρμη thermē – "тепло"). Гомеотермия – один из трех типов терморегуляции у теплокровных животных. Противоположностью гомеотермии является поикилотермия. Поикилотерм – это организм, который не поддерживает постоянную внутреннюю температуру, а изменяет её в зависимости от окружающей среды и своего поведения. Гомеотермы не обязательно являются эндотермами. Некоторые гомеотермы могут поддерживать постоянную температуру тела исключительно поведенческими механизмами, то есть посредством поведенческой терморегуляции. Многие рептилии используют эту стратегию. Например, пустынные ящерицы примечательны тем, что поддерживают почти постоянную температуру активности, которая часто отличается от их смертельной критической температуры всего на один-два градуса.
Homeothermy, homothermy or homoiothermy is thermoregulation that maintains a stable internal body temperature regardless of external influence. This internal body temperature is often, though not necessarily, higher than the immediate environment (from Greek ὅμοιος homoios "similar" and θέρμη thermē "heat"). Homeothermy is one of the 3 types of thermoregulation in warm blooded animal species. Homeothermy's opposite is poikilothermy. A poikilotherm is an organism that does not maintain a fixed internal temperature but rather fluctuates based on its environment and physical behaviour. Homeotherms are not necessarily endothermic. Some homeotherms may maintain constant body temperatures through behavioral mechanisms alone, i. e., behavioral thermoregulation. Many reptiles use this strategy. For example, desert lizards are remarkable in that they maintain near constant activity temperatures that are often within a degree or two of their lethal critical temperatures.
Происхождение гомеотермии
Эволюция гомеотермии – сложная тема, для объяснения ее происхождения предложено множество гипотез. Вот наиболее распространенные из них:
The evolution of homeothermy is a complex topic with various hypotheses proposed to explain its origin. Here are the most common hypotheses:
Гипотеза метаболической эффективности: Эта гипотеза предполагает, что гомеотермия развилась в результате повышения эффективности метаболизма. Поддержание постоянной внутренней температуры обеспечивает оптимальную активность ферментов и биохимических реакций. Такая эффективность могла дать преимущество в плане поддержания устойчивого уровня активности, улучшения поиска пищи и повышения функциональности мышц. Гипотеза эндотермического родительского ухода: Эта гипотеза предполагает, что гомеотермия развивалась как способ обеспечения стабильной и теплой внутренней среды для развивающихся эмбрионов или молодняка. Эндотермия могла позволить родителям сохранять тепло для своих яиц или детенышей, что привело бы к повышению выживаемости и успешному размножению. Гипотеза уровня активности: Гомеотермия могла развиться для поддержания устойчивого уровня активности. Холоднокровные животные часто ограничены внешними температурами, что может влиять на их способность охотиться, избегать хищников и выполнять другие важные действия. Гомеотермия могла предоставить селективное преимущество, позволяя животным оставаться активными в течение более длительного времени и увеличивая их шансы на выживание. Динамика «хищник-жертва»: Эволюция гомеотермии может быть связана с динамикой взаимоотношений хищников и жертв. Если хищники были холоднокровными, а их жертвы – теплокровными, хищникам могло быть трудно эффективно охотиться в прохладных условиях. Гомеотермия у видов, являющихся жертвами, могла бы обеспечить конкурентное преимущество, позволяя им поддерживать стабильную производительность в более широком диапазоне температур. Экологическая нестабильность: Колебания климата Земли в эволюционных масштабах времени могли способствовать развитию гомеотермии. В условиях непредсказуемых изменений температуры могли быть более жизнеспособны животные, способные регулировать температуру своего тела внутренне, что позволяло бы им адаптироваться к различным условиям. Соэволюция с микроорганизмами: Гомеотермия могла развиться в ответ на взаимодействие с микроорганизмами, такими как паразиты и патогены. Теплокровные животные могли получить преимущество, создав неблагоприятную среду для многих болезнетворных организмов, тем самым снижая риск заражения. Изоляция и терморегуляция: Гомеотермия могла возникнуть в ответ на развитие изолирующих структур, таких как мех, перья или другие покровы. По мере развития этих изолирующих свойств животные были бы лучше подготовлены к поддержанию стабильной внутренней температуры. Со временем это могло привести к более совершенным механизмам терморегуляции. Высота и доступность кислорода: Некоторые исследователи предполагают, что гомеотермия могла развиться, когда животные мигрировали на большие высоты, где уровень кислорода ниже. Гомеотермия могла помочь компенсировать снижение доступности кислорода, обеспечивая эффективное использование кислорода и общую метаболическую функцию. Миграционные паттерны: Животные, мигрирующие на большие расстояния, сталкивались бы с широким диапазоном температурных условий. Гомеотермия могла развиться как способ поддержания энергоэффективной миграции, уменьшая необходимость часто останавливаться для согрева. Энергетические преимущества: Гомеотермия могла предоставить энергетические преимущества, позволяя животным осваивать более широкий спектр экологических ниш и источников пищи. Теплокровные животные могли выживать в средах обитания, где холоднокровные конкуренты испытывали трудности из-за температурных ограничений. Эти гипотезы не исключают друг друга, и эволюция гомеотермии, вероятно, включала комбинацию факторов. Точное происхождение гомеотермии до сих пор является предметом активных исследований и дискуссий в научном сообществе.
Metabolic Efficiency Hypothesis: This hypothesis suggests that homeothermy evolved as a result of increased metabolic efficiency. Maintaining a consistent internal temperature allows for optimal enzyme activity and biochemical reactions. This efficiency could have provided an advantage in terms of sustained activity levels, improved foraging, and enhanced muscle function. Endothermic Parental Care Hypothesis: This hypothesis proposes that homeothermy developed as a way to provide consistent and warm internal environments for developing embryos or young offspring. Endothermy could have enabled parents to keep their eggs or young warm, leading to improved survival rates and successful reproduction. Activity Level Hypothesis: Homeothermy might have evolved to facilitate sustained activity levels. Cold blooded animals are often limited by external temperatures, which can affect their ability to hunt, escape predators, and carry out other essential activities. Homeothermy could have provided a selective advantage by allowing animals to be active for longer periods of time, increasing their chances of survival. Predator Prey Dynamics: The evolution of homeothermy could be linked to predator prey dynamics. If predators were cold blooded while their prey were warm blooded, the predators might have struggled to hunt efficiently in cooler conditions. Homeothermy in prey species could have provided a competitive advantage by allowing them to maintain consistent performance across a wider range of temperatures. Environmental Instability: Fluctuations in the Earth's climate over evolutionary timescales could have driven the development of homeothermy. Environments with unpredictable temperature changes might have favored animals that could regulate their body temperature internally, allowing them to adapt to varying conditions. Coevolution with Microorganisms: Homeothermy might have evolved in response to interactions with microorganisms, such as parasites and pathogens. Warm blooded animals could have gained an advantage by creating an inhospitable environment for many disease causing organisms, thus reducing the risk of infections. Insulation and Thermoregulation: Homeothermy could have originated as a response to the development of insulating structures like fur, feathers, or other coverings. As animals developed these insulating features, they would have been better equipped to maintain a stable internal temperature. Over time, this could have led to more advanced mechanisms for thermoregulation. Altitude and Oxygen Availability: Some researchers suggest that homeothermy might have evolved as animals migrated to higher altitudes where oxygen levels are lower. Homeothermy could have helped compensate for the reduced oxygen availability, ensuring efficient oxygen utilization and overall metabolic function. Migratory Patterns: Animals that migrated long distances would have encountered a wide range of temperature conditions. Homeothermy could have evolved as a way to maintain energy efficient migration by reducing the need to frequently stop and warm up. Energetic Benefits: Homeothermy might have provided energetic advantages by allowing animals to exploit a wider range of ecological niches and food sources. Warm blooded animals could have survived in habitats where cold blooded competitors struggled due to temperature limitations. These hypotheses are not mutually exclusive, and the evolution of homeothermy likely involved a combination of factors. The exact origin of homeothermy is still an area of active research and debate within the scientific community.
Преимущества
Энзимы имеют относительно узкий диапазон температур, при котором их эффективность оптимальна. Температуры за пределами этого диапазона могут значительно замедлить реакцию или остановить её полностью. Существо с относительно постоянной температурой тела может, следовательно, специализироваться на энзимах, эффективно работающих при этой конкретной температуре. Поикилотерму же приходится либо функционировать при значительно сниженной эффективности большую часть времени, мигрировать, впадать в спячку, либо тратить дополнительные ресурсы на производство более широкого спектра энзимов, чтобы охватить больший диапазон температур тела. Однако некоторые среды предлагают гораздо более стабильные температуры, чем другие. Например, в тропиках сезонные колебания температуры часто меньше суточных. Кроме того, большие водоемы, такие как океан и крупные озера, характеризуются умеренными колебаниями температуры. Воды под поверхностью океана особенно стабильны по температуре.
Enzymes have a relatively narrow temperature range at which their efficiencies are optimal. Temperatures outside this range can greatly reduce the rate of a reaction or stop it altogether. A creature with a fairly constant body temperature can therefore specialize in enzymes which are efficient at that particular temperature. A poikilotherm must either operate well below optimum efficiency most of the time, migrate, hibernate or expend extra resources producing a wider range of enzymes to cover the wider range of body temperatures. However, some environments offer much more consistent temperatures than others. For example, the tropics often have seasonal variations in temperature that are smaller than their diurnal variations. In addition, large bodies of water, such as the ocean and very large lakes, have moderate temperature variations. The waters below the ocean surface are particularly stable in temperature.
Недостатки
Поскольку многие гомеотермные животные используют ферменты, специализированные для узкого диапазона температур тела, гипотермия быстро приводит к заторможенности и затем к смерти. Кроме того, гомеотермия, достигаемая за счет эндотермии, – это энергозатратная стратегия, и многие среды будут обеспечивать более низкую емкость для этих организмов. В холодную погоду энергозатраты на поддержание температуры тела ускоряют наступление голода и могут привести к смерти.
Because many homeothermic animals use enzymes that are specialized for a narrow range of body temperatures, hypothermia rapidly leads to torpor and then death. Additionally, homeothermy obtained from endothermy is a high energy strategy and many environments will offer lower carrying capacity to these organisms. In cold weather the energy expenditure to maintain body temperature accelerates starvation and may lead to death.