тепловий баланс

Терморегуляція - це здатність тварин організмів підтримувати температуру тіла в певних межах, навіть якщо температура зовнішнього середовища сильно відрізняється. Цей процес являє собою один з аспектів гомеостазу - динамічно змінюється стану рівноваги між внутрішнім середовищем організму тварини і його зовнішнім оточенням. Розділ науки, що вивчає такі процеси в зоології, називається Екофізіологія або фізіологічної екологією. Якщо організм не може підтримувати температуру в нормальних для даного виду організмів межах, і температура підвищується значно вище верхньої межі норми, такий стан називається гіпертермією. Якщо ж температура знижується значно нижче нижньої межі норми, такий стан називається гіпотермією.

Тепловий баланс організму - це співвідношення між одержуваним і віддається в навколишнє середовище кількістю тепла за певний період часу.

Температура тіла живих істот по-різному залежить від температури навколишнього середовища. Баланс тепла в організмі складається з його приходу і витрати. Джерела надходження теплової енергії діляться на зовнішні і внутрішні. Зовнішнє, або екзогенне, тепло організм отримує від більш нагрітих води, повітря, оточуючих предметів, прямої сонячної радіації. При цьому велику роль відіграють площа покривів і їх теплопровідність. Внутрішнє, або ендогенне, тепло виробляється як обов'язковий атрибут обміну речовин. Будь-який організм виділяє в навколишнє середовище тепло в результаті своєї життєдіяльності.

Джерелом теплоутворення в клітинах є два екзотермічних процесу: окислювальні реакції і розщеплення АТФ. Енергія, що звільняється при другому процесі, йде, як відомо, на здійснення всіх робочих функцій клітини, а енергія окислення - на відновлення АТФ. Але і в тому, і в іншому випадку, згідно з другим законом термодинаміки, частина енергії розсіюється у вигляді тепла. Тепло, що виробляється живими організмами як побічний продукт біохімічних реакцій, може служити істотним джерелом підвищення температури їх тіла. Загальний обсяг теплопродукції залежить від маси тіла і інтенсивності метаболізму.

Втрати тепла відбуваються через поверхню тіла за рахунок випромінювання і теплопровідності, а також за рахунок енергоємного випаровування води організмами. За фізичним законам на випаровування 1 мл води витрачається близько 539 кал. Співвідношення всіх цих теплообмінних процесів визначає температуру живих істот і впливає на швидкість метаболічних реакцій

Життєдіяльність і активність більшості видів на Землі залежать перш за все від тепла, що надходить ззовні, а температура тіла - від ходу зовнішніх температур. Такі організми називають пойкілотермнимі. Цей термін означає мінливість теплового режиму організмів. Пойкілотермним властива всім мікроорганізмам, грибам, рослинам, безхребетним тваринам і значної частини хордових.

Фізіологічний опис пойкілотермних

Механізми терморегуляції у холоднокровних недосконалі, що пояснюється зниженим рівнем обміну речовин, який приблизно в 20-30 разів повільніше, ніж у гомойотермних тварин, і особливостями їх нервової системи. Температура тіла зазвичай на 1-2 ° C вище температури навколишнього середовища або дорівнює їй. Підвищення температури відбувається в результаті поглинання сонячного тепла, тепла нагрітих поверхонь (поведінкова терморегуляція) або роботи м'язів.

На вихід температури зовнішнього середовища за межі кращого діапазону (оптимуму) холоднокровні реагують входженням в стан анабіозу, і за рахунок зниження енерговитрат переживають температурний стрес.

Недоліком пойкілотермним є повільність тварин при температурі нижче оптимуму.

Дві групи вищих тварин - птахів і ссавців відносять до гомойотермним. Вони здатні підтримувати постійну оптимальну температуру тіла незалежно від температури середовища.

Серед пойкілотермних організмів є такі, які все життя проводять в умовах постійних зовнішніх температур (глибини океанів, печери і т. П.), В зв'язку з чим температура їх тіла не змінюється. Таке явище називають помилковою гомойотермии. Вона властива, наприклад, ряду риб і голкошкірих. Серед істинно гомойотермних тварин виділяють групу гетеротермних. У неї входять види, що впадають в сплячку або тимчасове заціпеніння. Ці види в активному стані підтримують постійну температуру тіла на високому рівні, а в неактивному - знижену, що супроводжується уповільненням обміну речовин. Такі бабаки, ховрахи, кажани, соні, їжаки, колібрі, стрижі і ін. Таким чином, терміни «пойкилотермія», «Теплокровність», «помилкова Теплокровність» і «гетеротермія» відображають ступінь мінливості температури живих істот.

Розрізняють справжню і інерційну гомойотермии.

Справжня Теплокровність має місце, коли жива істота має достатній рівень метаболізму, щоб підтримувати температуру тіла на постійному рівні за рахунок самостійного виробництва енергії з споживаної їжі. Сучасні птахи та ссавці відносяться до істинно гомойотермним істотам. Крім достатніх енергетичних можливостей вони мають також різні механізми, призначені для утримання тепла (пір'я, шерсть, підшкірний шар жирової тканини) і для захисту від перегріву при високій температурі навколишнього середовища (потовиділення). Недолік у цього механізму в тому, що для підтримки температури тіла необхідно багато енергії, а відповідно і потреба в їжі вище ніж в будь-якому іншому випадку.

Інерціальна Теплокровність - це підтримка постійної температури тіла за рахунок великих розмірів і великої маси тіла, а також специфічної поведінки (наприклад, грітися на Сонце, охолоджуватися в воді). Ефективність механізму інерційної Ендотерм залежить в першу чергу від співвідношення теплоємності (спрощено - маси) до середнього теплового потоку через поверхню тіла (спрощено - площі тіла), тому цей механізм може явно спостерігатися тільки у великих видів. Инерциально-гомойотермним істота в періоди підвищення температури повільно нагрівається, а в періоди похолодання - повільно остигає, тобто за рахунок великої теплоємності коливання температури організму згладжуються. Недоліком інерційної гомойотермии є те, що вона можлива тільки при певному типі клімату - коли середня температура навколишнього середовища відповідає бажаної температурі тіла і немає тривалих періодів сильних похолодань або потеплінь. З переваг слід виділити невелику потребу в їжі, при досить високому рівні активності.

Характерний приклад інерційної гомойотермии є крокодил. Шкіра крокодила покрита прямокутними роговими щитками, які на спині і животі розташовуються правильними рядами під ними в спинний і рідше в черевній частині розвиваються остеодерми, що утворюють панцир. Остеодерми в денний час акумулюють тепло, яке надходить разом з сонячним світлом. Завдяки цьому температура тіла великого крокодила протягом доби може коливатися в межах всього одного-двох градусів.

Для характеристики організмів за основними джерелами використовуваного тепла використовують терміни ектотермних і ендотермний. Ектотермія - це життя переважно за рахунок нагрівання із зовнішнього середовища, Ендотерм - за рахунок тепла, що виробляється самим організмом.

Масштаби вироблення тепла сильно відрізняються у різних видів, виявляючи залежність від складності організації групи, можливостей окислювальних реакцій, розмірів і маси тіла, умов середовища і інших причин.

Всі живі організми потенційно ендотермни, але сильно розрізняються за рівнем обміну і можливостей збереження тепла. Порушення теплового балансу змінюють температуру тіла. Відновити порушений баланс можна трьома шляхами: 1) зміною теплопродукції, 2) зміною тепловіддачі і 3) переміщенням в просторі в область бажаних температур. Пойкілотермні і Гомойотермниє організми по-різному реалізують можливості температурних адаптацій.