EKTOTERMI: KARAKTERISTIKE I PRIMJERI - BIOLOGIJA

U ektotermija su životinje čiji tjelesne temperature i uglavnom izravno ovisi o temperaturi okoliša. To znači da malo ili ništa od tjelesne temperature nastaje zbog metabolizma. Stoga, kako bi održali svoju temperaturu u fiziološki prikladnom rasponu, moraju dobivati ili rasipati toplinu iz okoliša.

Suprotno stanje ektotermičnosti je endotermičnost. Sve ptice i sisari kategorizirani su kao endotermi. Svi vodeni vodozemci i beskralježnjaci, kao i velika većina gmazova (osim ptica), te kopnene ribe i beskralješnjaci kategorizirani su kao ektotermi.

Izvor: Graham Wise iz Brisbanea u Australiji

Sve biljke bi se također mogle smatrati ektotermima, mada je ta kvalifikacija izvan botanike. Iz toplinske perspektive, biljke se nazivaju makrotermi ako žive u toplim sredinama (> 18 ° C svakog mjeseca), mezotermi ako žive u umjerenim sredinama (> 22 ° C, najtopliji mjesec; 6–18 ° C, najhladniji mjesec) ili mikrotermi ako žive u hladnom okruženju.

definicije

Endoterme su životinje čija je tjelesna temperatura unutar regulirana metabolizmom, a ne izvana. Općenito, endotermi su homeotermični, to jest imaju relativno stalnu tjelesnu temperaturu, za razliku od poikiloterme, koja ima visoko promjenjivu tjelesnu temperaturu.

Ektotermi se često nazivaju i poikilotermi (od grčke: poikilos, mijenjanje; termos, toplina). U jednom je slučaju naglašena temperaturna ovisnost medija. U drugom varijabilnost tjelesne temperature. Prvi je pojam poželjan jer ektotermi mogu biti homeotermi ako je temperatura medija konstantna.

Endoterme i ektotermi se često nazivaju i toplo i hladnokrvne životinje. Ova se upotreba ne preporučuje jer postoje ektotermi koji održavaju tjelesnu temperaturu tako visokom kao i kod mnogih endotermi. Ne može se reći da su ove životinje hladnokrvne.

Heterotermi su ektotermi koji su djelomično homeotermi. Tijekom razdoblja aktivnosti mogu stvarati metaboličku toplinu kako bi održali tjelesnu temperaturu barem dijela vašeg tijela konstantnom. Međutim, tijekom razdoblja neaktivnosti, oni spuštaju tjelesnu temperaturu kao funkciju okoliša, baš poput ostalih ektotermi.

Regionalni heterotermi su endotermi čija tjelesna temperatura značajno varira između dijelova tijela.

karakteristike

Endotermičko stanje čini životinje neovisnima o temperaturi okoline, omogućujući im da zauzimaju hladno zemaljsko okruženje, da ostanu trajno aktivne kako bi iskoristile mogućnosti hranjenja i reproduktivne mogućnosti, kao i izbjegle predatore.

U cirkumpolarnim regijama nema gmazova, a vodozemci i insekti nisu vrlo raznoliki i obilni. U tim je regijama korisno, pa čak i potrebno, da budu endotermični.

Međutim, endotermi čine vrlo velika ulaganja u energiju za regulaciju svoje temperature. Ne čineći ovo ulaganje, ektotermi imaju potrebu za hranom do 17 puta nižim od endotermi slične tjelesne mase.

Iz ovog razloga, gmazovi (osim ptica), vodozemci i ribe mogu iskorištavati ekološke niše, rezervirane za organizme s niskom potrošnjom energije, koje nisu dostupne za ptice i sisavce.

Nakon što su sposobni dovoljno ugrijati svoje tijelo koristeći vanjske izvore topline, ektotermi mogu razviti razinu aktivnosti kao i ptice i sisavci.

Nizak energetski proračun ektotermi omogućuje im: 1) specijalizaciju u oskudnoj hrani, povećavajući njihovu raznolikost; 2) biti uspješan u okruženjima, poput pustinja, u kojima nema dovoljno hrane za većinu endotermi; 3) imaju visoku reproduktivnu učinkovitost u odnosu na potrošnju hrane.

Kako reguliraju temperaturu?

Ektotermi podižu tjelesnu temperaturu izlaganjem izravnoj sunčevoj svjetlosti (heliotermiji) ili dodirivanjem supstrata (primjerice: stijena) koje je sunce grijalo. Snižavaju tjelesnu temperaturu utočište u hladu ili dovodeći u dodir s relativno hladnim podlogama.

Njihovim tijelima nedostaje toplinska izolacija (primjer: perje, krzno), što olakšava razmjenu topline s okolinom.

Među strategijama koje se mogu koristiti za regulaciju grijanja sunčeve svjetlosti jesu: 1) usmjeravanje orijentacije (okomito, paralelno, koso) tijela u odnosu na sunčeve zrake; 2) potamniti ili posvijetliti boju vaše kože djelovanjem kromatofora. Obje su strategije posebno česte kod gmazova.

Ektotermne ribe ne mogu se sunce zagrijati, ali mogu regulirati tjelesnu temperaturu odabirom masa ili slojeva vode koji imaju određenu temperaturu. To im često omogućava održavanje stalne tjelesne temperature (homeotermija) dugo vremena.

Ektotermi mogu regulirati temperaturu i putem vaskularnih podešavanja (mijenjajući perifernu cirkulaciju), izlažući unutarnju površinu usta ili gubeći vodu isparavanjem (tolerirajući neku dehidraciju). Pinealni organi ektotermi djeluju kao svjetlosni dozimetri za termoregulaciju.

Otpornost na hladnoću

Cirkumpolarni i alpski ektotermi suočavaju se s temperaturom okoline ispod smrzavanja zimi ili noću.

Da bi preživjele ekstremnu hladnoću, ove životinje primjenjuju dvije strategije: 1) izbjegavaju zamrzavanje svojih vanćelijskih tjelesnih tekućina, držeći navedene tekućine u tekućem stanju na temperaturama do -58 ° C (što je poznato i kao pregrijavanje); 2) toleriraju smrzavanje (do -3 ° C) ovih tekućina.

U prvoj strategiji, opaženoj kod riba i insekata, krvna plazma se ne smrzava, jer sadrži otopine antifriza (šećere, poput fruktoze; derivate šećera, poput glicerola; glikoproteini).

U drugoj strategiji, koja je promatrana kod vodozemaca, krvna plazma je zamrznuta, ali smrt stanica se ne događa jer sadrže otopine antifriza (spojeve niske molekulske mase, glicerol). Iako postoji zamrzavanje izvanstanične tekućine, ne postoji zamrzavanje unutarćelijskih tekućina. Ako ih ima, umiru.

Ektotermni morski grabežljivci (morske pse i druge ribe) rijetki su na velikim geografskim širinama, gdje ih zamjenjuju endotermični morski predatori (morski sisavci, pingvini, auks). U hladnim vodama ektotermični grabežljivci ne mogu se uskladiti s razinama aktivnosti endotermičkih grabežljivaca.

Heterotherms

Tu su prije svega ektotermne životinje koje su heterotermične, odnosno one manifestiraju određeni stupanj endoterme, bilo privremenog ili regionalnog.

Neki arktički insekti su strogi ektotermi kada su na zemlji. Međutim, da bi mogli poletjeti, ovi insekti moraju prethodno zagrijati mišiće koji pomiču krila, što postižu ponovnim pomicanjem. Tijekom leta ti su insekti učinkovito endotermi. Čak im je potrebno raspršiti toplinu kako se ne bi pregrijavali.

Kada se uvijaju oko jajašaca koja ih inkubiraju, ženke indijskih pitanskih zmija podižu tjelesnu temperaturu drhtanjem. Na taj način zagrijavaju jajašca, olakšavajući razvoj embrija i ubrzavajući izlijevanje.

Morski psi iz porodice Lamnidae, riba sabljarke ili tune regionalni su heterotermi. Prijenos topline koju generira muskulatura kroz mehanizme protivstruje krvi omogućava im da povise temperaturu mozga, unutarnjih organa i drugih mišića. To poboljšava njihovu sposobnost aerobnog plivanja i čini ih učinkovitijim grabežljivcima.

Primjeri ektotermičnih životinja

kralježnjaci

Krokodili, poput Crocodylus porosusa, najveći su kopneni ektotermi. Njegova optimalna tjelesna temperatura je 30-33 ºC, koja se poput ostalih gmazova kreće između sunčanih i sjenovitih mjesta. Posebna strategija za krokodile kako bi smanjila njihovu tjelesnu temperaturu je da drže usta širom otvorena satima.

Europska zmija, Viper berus, otrovna je zmija čija rasprostranjenost doseže Arktički krug. Da bi se omogućila inkubacija jaja na niskim temperaturama, ova je zmija živahna. Tijekom ljeta, kako bi održale odgovarajuću tjelesnu temperaturu za predigraciju i razmnožavanje, ove se zmije izlažu onoliko koliko mogu suncu.

Na Aljasci, vodozemac Rana sylvatica preživljava temperature do -16 ° C. To je zbog visoke koncentracije antifriznih tvari prisutnih u krvi tijekom zime. Te tvari uključuju glukozu i ureu. Kako bi smanjila zaleđivanje, ova žaba dehidrira i tijekom zime.

Arktičke ribe iz porodice Gadidae i antarktičke ribe Nototheniidae neovisno su evoluirale u osnovi identične krioprotektivne tvari (glikoproteini). To predstavlja izvanredan slučaj adaptivne konvergencije za suočavanje sa sličnim klimatskim uvjetima.

beskralježnjaci

Pčela (Apis mellifera) i drugi društveni insekti drže se homeotermično u svojim gnijezdima. U tu svrhu: 1) su postavljeni na termički povoljna mjesta i strukturirani tako da favoriziraju pasivno grijanje i hlađenje; 2) pokrivaju krila koordinirano kako bi ih zagrijali pomoću mišićne termogeneze ili kako bi ih hladili cirkulacijom zraka i isparavanjem.

Komarci (Aedes, Anopheles) su ektotermi prilagođeni vrućim klimama. Smrtonosni su jer prenose bolesti poput malarije, žute groznice, chikungunya, denge i Zika. Zbog klimatskih promjena, do 2050. godine oni će proširiti svoju distribuciju u umjerenim zonama, izlažući 50% ljudi tim bolestima.

Na Aljasci se buba Cuvijus klavipes, zahvaljujući otapalima antifriza njegove hemolimfe, odupire zimskim temperaturama od -58 ° C. U laboratoriju je utvrđeno da je ova buba mogla podnijeti temperature ispod -150 ºC, što na Zemlji ne postoji.

Pri ovim temperaturama tjelesne tekućine ovog insekta dosežu stanje vitrifikacije.

U svom odraslom obliku, trakavice, poput Taenia solium (goveđi vrpca) i Taeniarhynchus saginatus (svinjska vrpca), su crijevni paraziti koji, nedostajući probavnom sustavu, u potpunosti ovise o čovjeku domaćinu za prehranu.

Unutar crijeva ti trakulje održavaju svoju stalnu temperaturu (37 ºC), zbog čega su homeotermi.

Reference

Andersson, S. 2003. Hibernacija, stanište i sezonske aktivnosti u luku Vipera berus, sjeverno od Arktičkog kruga u Švedskoj. Amphibia-Reptilia, 24, 449–457.
Barrows, EM 2000. Referenca stola o ponašanju životinja: rječnik ponašanja životinja, ekologije i evolucije. CRC Press, Boca Raton.
Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. Allometrija ronilačkih kapaciteta: ektotermija vs. endothermy. Časopis za evolucijsku biologiju, 21, 324–329.
Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. Izbjegavanje i tolerancija smrzavanja ektotermičnih kralježnjaka. Časopis za eksperimentalnu biologiju, 216, 1961–1967.
David K. Cairns, DK, Gaston, AJ, Huettmann, F. 2008. Endotromija, ektotermija i globalna struktura zajednica morskih kralježnjaka. Serija napretka morske ekologije, 356, 239-250.
Dickson, KA, Graham, JB 2004. Evolucija i posljedice endotermije u ribama. Fiziološka i biokemijska zoologija, 77, 998-1018.
Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. Sinteza i recikliranje glikoproteina antifriza u polarnim ribama. Antarktička znanost, 24, 259-268.
Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fiziologija životinja. Sinauer, Sunderland.
Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. Gnijezdo termoregulacije u socijalnim insektima. Napredci u fiziologiji insekata, 33, 153–191.
Kay, I. 1998. Uvod u fiziologiju životinja. Bios, Oxford.
Kearney, M. 2002. Vruće stijene i previše vruće stijene: sezonski obrasci odabira mjesta povlačenja u noćnim ektotermama. Časopis za toplinsku biologiju, 27, 205–218.
Moyes, CD, Schulte, PM 2014. Načela fiziologije životinja. Pearson, Essex.
Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. Život kralježnjaka. Pearson, Boston.
Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. Uloga pinealnog tijela u termoregulaciji ektotermi. Američki zoolog, 19, 273–293.
Ramløv, H. 2000. Aspekti prirodne tolerancije na hladnoću kod ektotermičnih životinja. Reprodukcija čovjeka, 15, 26–46.
Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fiziologija životinja: mehanizmi i prilagodbe. McGraw-Hill, Madrid.
Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. Duboko pregrijavanje, vitrifikacija i ograničeni opstanak na -100 ° C u cupskim aljaškim bubama larve clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae). Časopis za eksperimentalnu biologiju, 213, 502–509.
Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. Fiziologija životinja: od gena do organizama. Brooks / Cole, Belmont.
Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fiziologija okoliša životinja. Blackwell, Malden.

EKTOTERMI: KARAKTERISTIKE I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026