A diversidade da vida em nosso planeta é impressionante em sua escala. Estudos recentes de cientistas canadenses dão um número de 8,7 milhões de espécies de animais, plantas, fungos e microorganismos que habitam nosso planeta. Além disso, apenas cerca de 20% deles são descritos, e são 1,5 milhão de espécies conhecidas por nós. Os organismos vivos povoaram todos os nichos ecológicos do planeta. Não há lugar dentro da biosfera onde não haveria vida. Nas aberturas dos vulcões e no pico do Everest - em todos os lugares encontramos vida em suas várias manifestações. E, sem dúvida, a natureza deve tal diversidade e distribuição ao aparecimento no processo de evolução do fenômeno de sangue quente (organismos homeotérmicos).
O limite da vida é a temperatura
A base da vida é o metabolismo do corpo, que depende da velocidade e da natureza dos processos químicos. MASessas reações químicas são possíveis apenas em uma determinada faixa de temperatura, com seus próprios indicadores e duração da exposição. Para um número maior de organismos, os indicadores de limite do regime de temperatura do ambiente são considerados de 0 a +50 graus Celsius.
Mas esta é uma conclusão especulativa. Seria mais preciso dizer que os limites de temperatura da vida serão aqueles em que não há desnaturação de proteínas, bem como alterações irreversíveis nas características coloidais do citoplasma das células, uma violação da atividade de enzimas vitais. E muitos organismos desenvolveram sistemas enzimáticos altamente especializados que lhes permitiram viver em condições muito além desses limites.
Classificação ambiental
Os limites das temperaturas ideais de vida determinam a divisão das formas de vida no planeta em dois grupos - criófilos e termófilos. O primeiro grupo prefere o frio para a vida e é especializado para a vida nessas condições. Mais de 80% da biosfera do planeta são regiões frias com temperatura média de +5°C. São as profundezas dos oceanos, os desertos do Ártico e da Antártida, a tundra e as terras altas. O aumento da resistência ao frio é fornecido por adaptações bioquímicas.
O sistema enzimático dos criófilos reduz efetivamente a energia de ativação das moléculas biológicas e mantém o metabolismo na célula a uma temperatura próxima de 0 °C. Ao mesmo tempo, as adaptações vão em duas direções - na aquisição de resistência (oposição) ou tolerância (resistência) ao frio. O grupo ecológico de termófilos são organismos que são ótimos paracujas vidas são áreas de altas temperaturas. Sua atividade vital também é fornecida pela especialização das adaptações bioquímicas. Vale ress altar que com a complicação da organização do corpo, sua capacidade de termofilia diminui.
Temperatura corporal
O equilíbrio de calor em um sistema vivo é a totalidade de sua entrada e saída. A temperatura corporal dos organismos depende da temperatura ambiente (calor exógeno). Além disso, um atributo obrigatório da vida é o calor endógeno - um produto do metabolismo interno (processos oxidativos e a quebra do ácido adenosina trifosfórico). A atividade vital da maioria das espécies em nosso planeta depende do calor exógeno, e sua temperatura corporal depende do curso da temperatura ambiente. São organismos poiquilotérmicos (poikilos - vários), nos quais a temperatura corporal é variável.
Poiquilotérmicos são todos os microrganismos, fungos, plantas, invertebrados e a maioria dos cordados. E apenas dois grupos de vertebrados - aves e mamíferos - são organismos homoiotérmicos (homoios - semelhantes). Eles mantêm uma temperatura corporal constante, independentemente da temperatura ambiente. Eles também são chamados de animais de sangue quente. Sua principal diferença é a presença de um poderoso fluxo de calor interno e um sistema de mecanismos termorreguladores. Como resultado, em organismos homoiotérmicos, todos os processos fisiológicos são realizados em temperaturas ótimas e constantes.
Verdadeiro e Falso
Alguns poiquilotérmicosorganismos como peixes e equinodermos também têm uma temperatura corporal constante. Eles vivem em condições de temperaturas externas constantes (as profundezas do oceano ou cavernas), onde a temperatura ambiente não muda. Eles são chamados de organismos falsamente homoiotérmicos. Muitos animais que experimentam hibernação ou torpor temporário têm temperaturas corporais flutuantes. Esses organismos verdadeiramente homoiotérmicos (exemplos: marmotas, morcegos, ouriços, andorinhões e outros) são chamados de heterotérmicos.
Querida aromorfose
O aparecimento da homoiotermia nos seres vivos é uma aquisição evolutiva que consome muita energia. Os estudiosos ainda discutem sobre a origem dessa mudança progressiva na estrutura, que levou a um aumento no nível de organização. Muitas teorias foram propostas para a origem dos organismos de sangue quente. Alguns pesquisadores admitem que até os dinossauros poderiam ter esse recurso. Mas com todas as divergências dos cientistas, uma coisa é certa: o aparecimento de organismos homoiotérmicos é um fenômeno bioenergético. E a complicação das formas de vida está associada à melhoria funcional dos mecanismos de transferência de calor.
Compensação de temperatura
A capacidade de alguns organismos poiquilotérmicos de manter um nível constante de processos metabólicos em uma ampla gama de mudanças na temperatura corporal é fornecida por adaptações bioquímicas e é chamada de compensação de temperatura. Baseia-se na capacidade de algumas enzimas alterarem sua configuração com a diminuição da temperatura e aumentarem sua afinidade com o substrato, aumentando a velocidade das reações. Por exemplo, em mexilhões bivalvesNo Mar de Barents, o consumo de oxigênio não depende da temperatura ambiente, que varia de 25 °C (+5 a +30 °C).
Formas intermediárias
Os biólogos evolucionários encontraram os mesmos representantes de formas de transição de poiquilotérmicos para mamíferos de sangue quente. Biólogos canadenses da Universidade Brock descobriram sangue quente sazonal no tegu preto e branco argentino (Alvator merianae). Este lagarto de quase um metro vive na América do Sul. Como a maioria dos répteis, o tegu se aquece ao sol durante o dia e se esconde em tocas e cavernas à noite, onde esfria. Mas durante a época de reprodução, de setembro a outubro, a temperatura do tegu, a frequência respiratória e o ritmo das contrações cardíacas pela manhã aumentam acentuadamente. A temperatura corporal de um lagarto pode exceder a temperatura de uma caverna em dez graus. Isso prova a transição de formas de animais de sangue frio para animais homoiotérmicos.
Mecanismos de termorregulação
Os organismos homoiotérmicos trabalham sempre para garantir o funcionamento dos principais sistemas - circulatório, respiratório, excretor - gerando um mínimo de produção de calor. Esse mínimo produzido em repouso é chamado de metabolismo basal. A transição para o estado ativo em animais de sangue quente aumenta a produção de calor e eles precisam de mecanismos para aumentar a transferência de calor para evitar a desnaturação de proteínas.
O processo de alcançar um equilíbrio entre esses processos é fornecido pela termorregulação química e física. Esses mecanismos fornecem proteção de organismos homoiotérmicos de baixas temperaturas esuperaquecimento. Os mecanismos para manter a temperatura corporal constante (termorregulação química e física) têm diferentes origens e são muito diversas.
Termoregulação química
Em resposta à diminuição da temperatura ambiental, os animais de sangue quente aumentam reflexivamente a produção de calor endógeno. Isto é conseguido aumentando os processos oxidativos, especialmente nos tecidos musculares. A contração muscular descoordenada (tremor) e o tônus termorregulatório são os primeiros estágios do aumento da produção de calor. Ao mesmo tempo, o metabolismo lipídico aumenta e o tecido adiposo torna-se a chave para uma melhor termorregulação. Mamíferos de clima frio têm até gordura marrom, todo o calor da oxidação vai aquecer o corpo. Esse gasto de energia exige que o animal consuma uma grande quantidade de alimento ou tenha reservas substanciais de gordura. Com a f alta desses recursos, a termorregulação química tem seus limites.
Mecanismos de termorregulação física
Este tipo de termorregulação não requer custos adicionais para geração de calor, mas é realizado preservando o calor endógeno. É realizado por evaporação (suor), radiação (radiação), condução de calor (condução) e convecção da pele. Os métodos de termorregulação física se desenvolveram ao longo da evolução e estão se tornando cada vez mais perfeitos ao estudar a série filogenética de insetívoros e morcegos a mamíferos.
Um exemplo de tal regulação é o estreitamento ou expansão dos capilares sanguíneos da pele, quecondutividade térmica, propriedades isolantes de calor de peles e penas, troca de calor contracorrente de sangue entre vasos superficiais e vasos de órgãos internos. A dissipação de calor é regulada pela inclinação do pelo e das penas, entre as quais é mantido um entreferro.
Nos mamíferos marinhos, a gordura subcutânea é distribuída por todo o corpo, protegendo o endo-calor. Por exemplo, em focas, esse saco de gordura atinge até 50% do peso total. É por isso que a neve não derrete sob as focas deitadas no gelo por horas. Para animais que vivem em climas quentes, uma distribuição uniforme da gordura corporal por toda a superfície do corpo seria fatal. Portanto, sua gordura se acumula apenas em certas partes do corpo (a corcova de um camelo, a cauda gorda de uma ovelha), o que não impede a evaporação de toda a superfície do corpo. Além disso, os animais do clima frio do norte possuem um tecido adiposo especial (gordura marrom), que é totalmente utilizado para aquecimento corporal.
Mais sul - orelhas maiores e pernas mais longas
Diferentes partes do corpo estão longe de serem equivalentes em termos de transferência de calor. Para manter a transferência de calor, a relação entre a superfície do corpo e seu volume é importante, pois o volume de calor interno depende da massa do corpo, e a transferência de calor ocorre através dos tegumentos. As partes salientes do corpo têm uma grande superfície, o que é bom para climas quentes, onde os animais de sangue quente precisam de muita transferência de calor. Por exemplo, orelhas grandes com muitos vasos sanguíneos, membros longos e cauda são típicos para moradores de clima quente (elefante, raposajerboa de orelhas compridas). Em condições de frio, a adaptação segue o caminho da economia de área para volume (orelhas e cauda de focas).
Existe outra lei para animais de sangue quente - quanto mais ao norte os representantes de um grupo filogenético vivem, maiores eles são. E isso também está relacionado com a relação entre o volume da superfície de evaporação e, consequentemente, a perda de calor e a massa do animal.
Etologia e transferência de calor
As características comportamentais também desempenham um papel importante nos processos de transferência de calor, tanto para animais poiquilotérmicos quanto para animais homeotérmicos. Isso inclui mudanças de postura, construção de abrigos e várias migrações. Quanto maior a profundidade do furo, mais suave é o curso das temperaturas. Para latitudes médias, a uma profundidade de 1,5 metros, as flutuações sazonais de temperatura são imperceptíveis.
Comportamento de grupo também é usado para termorregulação. Então, os pinguins se amontoam, agarrando-se firmemente um ao outro. Dentro da pilha, a temperatura é próxima da temperatura corporal dos pinguins (+37°C) mesmo nas geadas mais severas. Os camelos fazem o mesmo - no centro do grupo a temperatura é de cerca de +39 °C, e a pele dos animais mais externos pode ser aquecida até +70 °C.
Hibernação é uma estratégia especial
Estado torpedo (estupor) ou hibernação são estratégias especiais de animais de sangue quente que permitem usar mudanças na temperatura corporal para fins adaptativos. Nesse estado, os animais param de manter a temperatura corporal e a reduzem a quase zero. A hibernação é caracterizada por uma diminuição na taxa metabólica econsumo de recursos acumulados. Este é um estado fisiológico bem regulado, quando os mecanismos termorreguladores mudam para um nível mais baixo - a frequência cardíaca diminui (por exemplo, em um arganaz de 450 a 35 batimentos por minuto), o consumo de oxigênio diminui em 20 a 100 vezes.
Despertar requer energia e ocorre por autoaquecimento, que não deve ser confundido com o estupor dos animais de sangue frio, onde é causado pela diminuição da temperatura ambiente e é um estado não regulado pelo próprio organismo (despertar ocorre sob a influência de fatores externos).
O estupor também é um estado regulado, mas a temperatura do corpo cai apenas alguns graus e muitas vezes acompanha os ritmos circadianos. Por exemplo, os beija-flores ficam dormentes à noite quando a temperatura do corpo cai de 40°C para 18°C. Há muitas transições entre torpor e hibernação. Portanto, embora chamemos o sono dos ursos de hibernação no inverno, na verdade, seu metabolismo diminui um pouco e a temperatura do corpo cai apenas 3-6 ° C. É neste estado que a ursa dá à luz os filhotes.
Por que existem poucos organismos homoiotérmicos no ambiente aquático
Entre os hidrobiontes (organismos que vivem no ambiente aquático) há poucos representantes de animais de sangue quente. Baleias, golfinhos, focas são animais aquáticos secundários que retornaram ao ambiente aquático da terra. O sangue quente está associado principalmente a um aumento nos processos metabólicos, cuja base são as reações de oxidação. E o oxigênio desempenha um papel importante aqui. E, como você sabe, emno ambiente aquático, o teor de oxigênio não é superior a 1% em volume. A difusão do oxigênio na água é milhares de vezes menor do que no ar, o que o torna ainda menos disponível. Além disso, com o aumento da temperatura e o enriquecimento da água com compostos orgânicos, o teor de oxigênio diminui. Tudo isso torna a existência de um grande número de organismos de sangue quente no ambiente aquático energeticamente desfavorável.
Prós e contras
A principal vantagem dos animais de sangue quente sobre os de sangue frio é a disposição para agir independentemente da temperatura ambiente. Esta é uma oportunidade para resistir a temperaturas noturnas próximas ao congelamento e ao desenvolvimento dos territórios do norte da terra.
A principal desvantagem do sangue quente é o alto consumo de energia para manter a temperatura corporal constante. E a principal fonte para isso é a comida. Um leão de sangue quente precisa de dez vezes mais comida do que um crocodilo de sangue frio do mesmo peso.
