EKTOTERMI: ZNAČILNOSTI IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V Ectotherms so živali, katerih telesna temperatura in predvsem neposredno odvisna od temperature okolice. To pomeni, da je malo ali nič telesne temperature posledica metabolizma. Zato morajo za vzdrževanje svoje temperature v fiziološko ustreznem območju pridobiti ali odvajati toploto iz okolja.

Nasproten pogoj, da je ektotermičen, je endotermičnost. Vse ptice in sesalci so razvrščeni kot endotermi. Vsi vodni dvoživke in nevretenčarji ter velika večina plazilcev (razen ptic) ter kopenske ribe in nevretenčarji so uvrščeni med ektoterme.

Vir: Graham Wise iz Brisbana, Avstralija

Vse rastline bi lahko štele tudi za ektoterme, čeprav je ta kvalifikacija tuta botaniki. S termičnega vidika rastline imenujemo makrotermi, če živijo v toplih okoljih (> 18 ° C vsak mesec), mezotermi, če živijo v zmernih okoljih (> 22 ° C, najtoplejši mesec; 6–18 ° C, najhladnejši mesec ), ali mikrotermi, če živijo v hladnih okoljih.

Opredelitve

Endoterme so živali, katerih telesno temperaturo uravnava njihov metabolizem, ne pa zunanje okolje. Na splošno so endotermi homeotermični, torej imajo relativno konstantno telesno temperaturo, v nasprotju s poikilotermi, ki imajo zelo spremenljivo telesno temperaturo.

Ektotermi se pogosto imenujejo tudi poikilotermi (iz grščine: poikilos, spreminjanje; termos, toplota). V enem primeru je poudarjena temperaturna odvisnost medija. V drugem pa spremenljivost telesne temperature. Prvi izraz je boljši, ker so ektotermi lahko homeotermi, če je temperatura medija konstantna.

Endoterme in ektoterme pogosto imenujemo tudi toplo in hladnokrvne živali. Ta uporaba ni priporočljiva, ker obstajajo ektotermi, ki ohranjajo telesno temperaturo tako visoko kot pri mnogih endotermih. Za te živali ni mogoče reči, da so hladnokrvne.

Heterotermi so ektotermi, ki so delno homeotermi. V obdobjih aktivnosti lahko proizvajajo presnovno toploto, tako da ohranjajo vsaj del telesne temperature konstantno. Vendar v obdobjih neaktivnosti znižajo telesno temperaturo kot funkcijo okolja, tako kot druge ektoterme.

Regionalni heterotermi so endotermi, katerih telesna temperatura se močno razlikuje med deli telesa.

značilnosti

Zaradi endotermičnega stanja so živali neodvisne od temperatur v okolju, kar jim omogoča, da zasedajo hladno kopensko okolje, da ostanejo stalno aktivne in izkoristijo možnosti hranjenja in razmnoževanja ter ubežijo plenilcem.

V krožnopolarnih regijah ni plazilcev, dvoživke in žuželke pa niso zelo raznolike in obilne. V teh regijah je ugodno in celo potrebno, da so endotermi.

Vendar endotermi vlagajo zelo visoko energijo za uravnavanje svoje temperature. Ektotermi s tem, da ne vlagajo v te naložbe, potrebujejo hrano do 17-krat manjše od endoterme podobne telesne mase.

Zaradi tega lahko plazilci (razen ptic), dvoživke in ribe izkoriščajo ekološke niše, rezervirane za organizme z nizko porabo energije, ki niso na voljo za ptice in sesalce.

Ko uspejo telesa dovolj ogreti z zunanjimi viri toplote, lahko ektotermi razvijejo stopnjo aktivnosti tako visoke kot ptice in sesalci.

Nizkoenergijski proračun ektoterm jim omogoča: 1) specializiranje za redko hrano in povečanje njihove raznolikosti; 2) biti uspešen v okoljih, kot so puščave, v katerih ni več hrane za večino endotermov; 3) imajo visoko reproduktivno učinkovitost glede na porabo hrane.

Kako uravnavajo svojo temperaturo?

Ektotermi dvignejo telesno temperaturo tako, da se izpostavijo neposredni sončni svetlobi (heliotermiji) ali pridejo v stik s substrati (primer: kamnine), ki jih sonce ogreva. Svojo telesno temperaturo znižajo tako, da se zatečejo v senco ali pridejo v stik z razmeroma hladnimi substrati.

Njihova telesa nimajo toplotne izolacije (primer: perje, krzno), kar olajša izmenjavo toplote z okoljem.

Med strategijami, ki jih lahko uporabljajo za regulacijo ogrevanja, ki ga proizvaja sončna svetloba, so: 1) usmerjanje orientacije (pravokotno, vzporedno, poševno) telesa glede na sončne žarke; 2) zatemnite ali posvetlite barvo kože z delovanjem kromatofor. Obe strategiji sta še posebej pogosti pri plazilcih.

Ektotermične ribe se ne morejo sončiti, da bi se ogrele, vendar lahko uredijo svojo telesno temperaturo, tako da izberejo mase ali plasti vode, ki imajo določeno temperaturo. To jim pogosto omogoča, da ohranjajo stalno telesno temperaturo (homeotermija) dalj časa.

Ektotermi lahko tudi uravnavajo svojo temperaturo s pomočjo žilnih prilagoditev (spreminjajo obodni obtok), izpostavljajo notranjo površino ust zraku ali izgubljajo vodo z izhlapevanjem (dopuščajo nekaj dehidracije). Pinealni organi ektoterme delujejo kot lahki dozimetri za termoregulacijo.

Odpornost na hladno

Cirkumpolarne in alpske ektoterme se soočajo z zunanjo temperaturo pod zmrzovanjem pozimi ali ponoči.

Za preživetje ekstremnega mraza te živali uporabljajo dve strategiji: 1) izogibati se zamrzovanju svojih zunajceličnih telesnih tekočin, pri čemer ohranjajo tekočine v tekočem stanju pri temperaturah do -58 ° C (kar je znano kot prekomerno hlajenje); 2) prenašajo zamrzovanje teh tekočin (do -3 ° C).

V prvi strategiji, ki jo opazimo pri ribah in žuželkah, krvna plazma ne zmrzne, ker vsebuje topila proti zmrzovanju (sladkorje, kot je fruktoza; derivati ​​sladkorja, na primer glicerol; glikoproteini).

V drugi strategiji, ki jo opažamo pri dvoživkah, je krvna plazma zamrznjena, vendar smrt celic ne nastopi, ker vsebujejo raztopine antifriza (spojine z nizko molekulsko maso, glicerol). Čeprav je zamrznitev zunajceličnih tekočin, zamrzovanja medceličnih tekočin ni. Če je, umrejo.

Ektotermični morski plenilci (morski psi in druge ribe) so redki na velikih zemljepisnih širinah, kjer jih nadomeščajo endotermični morski plenilci (morski sesalci, pingvini, auki). V hladnih vodah ektotermični plenilci ne morejo ustrezati stopnjam aktivnosti endotermnih plenilcev.

Heterotermi

Obstajajo predvsem ektotermne živali, ki so heterotermične, to je, da manifestirajo določeno stopnjo endoterme, naj bo začasna ali regionalna.

Nekatere arktične žuželke so strogi ektotermi, ko so na tleh. Vendar pa morajo te žuželke predhodno ogreti mišice, ki premikajo krila, kar dosežejo z večkratnim premikanjem. Med letom so te žuželke učinkovito endoterme. Celotno toploto celo potrebujejo, da se ne pregrejejo.

Ko se oklepajo okrog svojih jajc, ki jih inkubirajo, samice indijskih pitonskih kač z drhtanjem dvignejo telesno temperaturo. Na ta način segrevajo jajčeca, kar olajša razvoj zarodkov in pospeši valjenje.

Morski psi iz družine Lamnidae, mečarice ali tune so regionalni heterotermi. Prenos toplote, ki jo ustvari muskulatura preko krvnih mehanizmov v krvi, omogoča, da dvignejo temperaturo možganov, notranjih organov in drugih mišic. To izboljša njihovo aerobno plavalno sposobnost in jih naredi bolj učinkovite plenilce.

Primeri ektotermičnih živali

Vretenčarji

Krokodili, kot je Crocodylus porosus, so največji kopenski ektotermi. Njegova optimalna telesna temperatura je 30-33 ºC, ki se tako kot drugi plazilci gibljejo med sončnimi in senčnimi kraji. Posebna strategija krokodilov, ki znižujejo telesno temperaturo, je, da usta ohranijo široko odprta več ur.

Evropski viper, viper berus, je strupena kača, katere razširjenost dosega arktični krog. Da bi omogočila inkubacijo jajc pri nizkih temperaturah, je ta kača živahna. Poleti se te kače, da ohranijo primerno telesno temperaturo za plenjenje in razmnoževanje, izpostavijo čim več sončni svetlobi.

Na Aljaski dvoživka Rana sylvatica preživi temperature do -16 ° C. To je posledica visokih koncentracij antifriznih snovi, ki so prisotne v krvi pozimi. Te snovi vključujejo glukozo in sečnino. Da žaba zmanjša zmrzal, tudi pozimi dehidrira.

Arktične ribe iz družine Gadidae in antarktične ribe Nototheniidae so se neodvisno razvijale v bistvu enake krioprotektivne snovi (glikoproteini). To predstavlja izjemen primer prilagodljive konvergence za soočanje s podobnimi podnebnimi razmerami.

Vretenčarji

Čebelica (Apis mellifera) in druge družabne žuželke se v svojih gnezdih hranijo homeotermično. V ta namen: 1) so nameščeni na toplotno ugodnih mestih in oblikovani tako, da spodbujajo pasivno ogrevanje in hlajenje; 2) usklajeno zakrknejo krila, da jih segrejemo s pomočjo mišične termogeneze ali da jih hladimo s kroženjem zraka in izhlapevanjem.

Komarji (Aedes, Anopheles) so ektotermi, prilagojeni vročemu podnebju. Smrtonosni so, ker prenašajo bolezni, kot so malarija, rumena vročina, čikungunja, denga in zika. Zaradi podnebnih sprememb bodo do leta 2050 razširili svojo razširjenost v zmerne cone in 50% ljudi izpostavili tem boleznim.

Na Aljaski se hroščev hrošča Cucujus zahvaljujoč raztopinam njegovega hemolimfe proti zmrzovanju upira zimskim temperaturam -58 ° C. V laboratoriju so ugotovili, da bi ta hrošč zdržal temperature pod -150 ºC, ki jih na Zemlji ni.

Pri teh temperaturah telesne tekočine te žuželke dosežejo stanje vitrifikacije.

V svoji odrasli obliki so trakulje, kot sta Taenia solium (goveja trakulja) in Taeniarhynchus saginatus (prašičja vrba), črevesni paraziti, ki so, če nimajo prebavnega sistema, popolnoma odvisni od človekovega gostitelja za prehrano.

Znotraj črevesa ti trakovi ohranjajo svojo stalno temperaturo (37 ºC), zato so homeotermi.

Reference

1. Andersson, S. 2003. Zimovanje, habitat in sezonske aktivnosti v seštevku, vipera berus, severno od arktičnega kroga na Švedskem. Amfibija-Reptilia, 24, 449–457.
2. Barrows, EM 2000. Reference referenčne mize živali: slovar vedenja živali, ekologije in evolucije. CRC Press, Boca Raton.
3. Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. Allometrija potapljaških zmogljivosti: ektotermija vs. endotermija. Journal of Evolutionary Biology, 21, 324–329.
4. Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. Preprečevanje in toleranco zmrzovanja pri ektotermičnih vretenčarjih. Journal of Experimental Biology, 216, 1961–1967.
5. David K. Cairns, DK, Gaston, AJ, Huettmann, F. 2008. Endotermija, ektotermija in globalna struktura skupnosti morskih vretenčarjev. Serija napredka morske ekologije, 356, 239–250.
6. Dickson, KA, Graham, JB 2004. Evolucija in posledice endotermije pri ribah. Fiziološka in biokemijska zoologija, 77, 998-1018.
7. Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. Sinteza in recikliranje antifriza glikoproteinov v polarnih ribah. Antarktična znanost, 24, 259–268.
8. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fiziologija živali. Sinauer, Sunderland.
9. Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. Gnezda termoregulacija pri družbenih žuželkah. Napredek v fiziologiji žuželk, 33, 153–191.
10. Kay, I. 1998. Uvod v fiziologijo živali. Bios, Oxford.
11. Kearney, M. 2002. Vroče kamnine in preveč vroče kamnine: sezonski vzorci izbire mesta umika z nočnim ektotermom. Časopis za toplotno biologijo, 27, 205–218.
12. Moyes, CD, Schulte, PM 2014. Načela fiziologije živali. Pearson, Essex
13. Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. Življenje vretenčarjev. Pearson, Boston.
14. Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. Vloga pinealnega telesa v termoregulaciji ektoterme. Ameriški zoolog, 19, 273–293.
15. Ramløv, H. 2000. Vidiki naravne tolerance na mraz pri ektotermičnih živalih. Razmnoževanje ljudi, 15, 26–46.
16. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fiziologija živali: mehanizmi in prilagoditve. McGraw-Hill, Madrid.
17. Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. Globoko prehlajenje, vitrifikacija in omejeno preživetje na -100 ° C v alaskanskem hrostu Cucujus ličinke clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae). Journal of Experimental Biology, 213, 502–509.
18. Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. Fiziologija živali: od genov do organizmov. Brooks / Cole, Belmont.
19. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Okoljska fiziologija živali. Blackwell, Malden.