EKTOTERMY: CHARAKTERYSTYKA I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

W Ectotherms są zwierzęta, których temperatury ciała, a przede wszystkim zależy bezpośrednio od temperatury otoczenia. Oznacza to, że niewielka lub żadna temperatura ciała nie jest spowodowana metabolizmem. Dlatego, aby utrzymać swoją temperaturę w fizjologicznie odpowiednim zakresie, muszą odbierać lub odprowadzać ciepło z otoczenia.

Odwrotnym warunkiem bycia ektotermicznym jest bycie endotermicznym. Wszystkie ptaki i ssaki są klasyfikowane jako endotermy. Wszystkie wodne płazy i bezkręgowce, a także zdecydowana większość gadów (z wyłączeniem ptaków) oraz ryby lądowe i bezkręgowce zaliczane są do ektotermów.

Źródło: Graham Wise z Brisbane w Australii

Wszystkie rośliny można również uznać za ektotermy, chociaż ta kwalifikacja jest obca botanice. Z perspektywy termicznej rośliny nazywane są makrotermami, jeśli żyją w ciepłym środowisku (> 18 ° C każdego miesiąca), mezotermami, jeśli żyją w klimacie umiarkowanym (> 22 ° C, najcieplejszy miesiąc; 6–18 ° C, najzimniejszy miesiąc ) lub mikrotermy, jeśli żyją w zimnym środowisku.

Definicje

Endotermy to zwierzęta, których temperatura ciała jest regulowana wewnętrznie przez ich metabolizm, a nie zewnętrznie przez środowisko. Ogólnie rzecz biorąc, endotermy są homeotermiczne, to znaczy mają stosunkowo stałą temperaturę ciała, w przeciwieństwie do poikiloterm, które mają bardzo zmienną temperaturę ciała.

Ectotermy są również często nazywane poikilothermami (z greckiego: poikilos, zmiana; termos, ciepło). W jednym przypadku podkreśla się zależność od temperatury medium. Z drugiej strony zmienność temperatury ciała. Pierwszy termin jest korzystniejszy, ponieważ ektotermy mogą być homeotermami, jeśli temperatura ośrodka jest stała.

Endotermy i ektotermy są również często nazywane odpowiednio zwierzętami ciepłokrwistymi i zimnokrwistymi. To zastosowanie nie jest zalecane, ponieważ istnieją ektotermy, które utrzymują temperaturę ciała tak wysoką, jak wiele innych endoterm. Nie można powiedzieć, że zwierzęta te są zimnokrwiste.

Heterotermy to ektotermy, które są częściowo homeotermami. W okresach aktywności mogą wytwarzać ciepło metaboliczne, aby utrzymać stałą temperaturę przynajmniej części ciała. Jednak w okresach bezczynności obniżają temperaturę ciała w zależności od temperatury otoczenia, podobnie jak inne ektotermy.

Regionalne heterotermy to endotermy, których temperatura ciała różni się znacznie w poszczególnych częściach ciała.

cechy

Stan endotermiczny uniezależnia zwierzęta od temperatury otoczenia, umożliwiając im przebywanie w zimnych środowiskach lądowych, stałą aktywność w celu wykorzystania możliwości żerowania i reprodukcji, a także ucieczki przed drapieżnikami.

W rejonach okołobiegunowych nie ma gadów, a płazy i owady nie są bardzo zróżnicowane i obfite. W tych regionach jest korzystne, a nawet konieczne, aby być endotermicznym.

Jednak endotermy wymagają bardzo dużych nakładów energii na regulację temperatury. Nie dokonując tej inwestycji, ektotermy mają zapotrzebowanie na pokarm nawet 17 razy mniejsze niż endotermy o podobnej masie ciała.

Z tego powodu gady (z wyłączeniem ptaków), płazy i ryby mogą wykorzystywać nisze ekologiczne, zarezerwowane dla organizmów o niskim zużyciu energii, niedostępne dla ptaków i ssaków.

Gdy zdołają wystarczająco ogrzać swoje ciała za pomocą zewnętrznych źródeł ciepła, ektotermy mogą rozwinąć poziom aktywności tak wysoki, jak u ptaków i ssaków.

Niski budżet energetyczny ektoterm pozwala im: 1) specjalizować się w żywności deficytowej, zwiększając jej różnorodność; 2) odnosić sukcesy w środowiskach, takich jak pustynie, w których brakuje pożywienia dla większości endoterm; 3) odznaczają się wysoką wydajnością reprodukcyjną w stosunku do spożycia pokarmu.

Jak regulują swoją temperaturę?

Ektotermy podnoszą temperaturę ciała, wystawiając się na bezpośrednie działanie promieni słonecznych (heliotermia) lub wchodząc w kontakt z podgrzanymi przez słońce podłożami (np. Skałami). Obniżają temperaturę ciała, ukrywając się w cieniu lub wchodząc w kontakt ze stosunkowo zimnymi podłożami.

Ich ciała nie posiadają izolacji termicznej (np. Pierze, futro), co ułatwia wymianę ciepła z otoczeniem.

Wśród strategii, które mogą zastosować do regulacji ogrzewania wytwarzanego przez światło słoneczne, są: 1) skierowanie ciała (prostopadle, równolegle, ukośnie) względem promieni słonecznych; 2) przyciemnić lub rozjaśnić kolor skóry dzięki działaniu chromatoforów. Obie strategie są szczególnie powszechne u gadów.

Ryby ektotermiczne nie mogą same się opalać, aby się ogrzać, ale mogą regulować temperaturę ciała, wybierając masy lub warstwy wody o określonej temperaturze. To często pozwala im na utrzymanie stałej temperatury ciała (homeotermia) przez długi czas.

Ectotermy mogą również regulować swoją temperaturę poprzez regulację naczyń (zmieniając krążenie obwodowe), wystawiając wewnętrzną powierzchnię jamy ustnej na działanie powietrza lub utratę wody przez parowanie (tolerując pewne odwodnienie). Narządy szyszynki ektotermów wydają się działać jak lekkie dozymetry termoregulacji.

Odporność na zimno

W przypadku ektoterm okołobiegunowych i alpejskich panują odpowiednio temperatury otoczenia poniżej zera zimą lub nocą.

Aby przetrwać ekstremalne zimno, zwierzęta te stosują dwie strategie: 1) unikają zamarzania swoich pozakomórkowych płynów ustrojowych, utrzymując te płyny w stanie ciekłym w temperaturach do -58 ° C (co jest znane jako przechłodzenie); 2) tolerują zamarzanie (do -3 ° C) tych płynów.

W pierwszej strategii, obserwowanej u ryb i owadów, osocze krwi nie zamarza, ponieważ zawiera substancje rozpuszczone przeciw zamarzaniu (cukry, np. Fruktoza; pochodne cukrów, np. Glicerol; glikoproteiny).

W drugiej strategii, obserwowanej u płazów, osocze krwi jest zamrażane, ale śmierć komórek nie następuje, ponieważ zawierają one substancje rozpuszczone w niezamarzaniu (związki o niskiej masie cząsteczkowej, glicerol). Chociaż dochodzi do zamarzania płynów zewnątrzkomórkowych, nie ma zamarzania płynów wewnątrzkomórkowych. Jeśli tak, umierają.

Ektotermiczne drapieżniki morskie (rekiny i inne ryby) są rzadkie na dużych szerokościach geograficznych, gdzie zastępowane są przez endotermiczne drapieżniki morskie (ssaki morskie, pingwiny, alki). W zimnych wodach drapieżniki ektotermiczne nie mogą dorównać poziomowi aktywności drapieżników endotermicznych.

Heterotermy

Istnieją przede wszystkim zwierzęta ektotermiczne, które są heterotermiczne, to znaczy wykazują pewien stopień endotermii, czy to tymczasowej, czy regionalnej.

Niektóre owady arktyczne na ziemi są ścisłymi ektotermami. Jednak aby móc latać, owady te muszą wcześniej rozgrzać mięśnie poruszające skrzydłami, co osiągają poprzez wielokrotne poruszanie nimi. Podczas lotu owady te są efektywnie endotermami. Muszą nawet odprowadzać ciepło, aby się nie przegrzały.

Kiedy są zawinięte wokół jaj, które je wysiadują, samice pytona indyjskiego podnoszą temperaturę ciała drżąc. W ten sposób podgrzewają jaja, ułatwiając rozwój zarodków i przyspieszając wylęganie.

Rekiny z rodziny Lamnidae, włócznik lub tuńczyk są regionalnymi heterotermami. Przenoszenie ciepła wytwarzanego przez mięśnie poprzez mechanizmy przeciwprądowe krwi pozwala im podnieść temperaturę mózgu, trzewi i innych mięśni. Poprawia to ich aerobowe zdolności pływania i czyni je bardziej skutecznymi drapieżnikami.

Przykłady zwierząt ektotermicznych

Kręgowce

Krokodyle, takie jak Crocodylus porosus, są największymi ziemskimi ektotermami. Jego optymalna temperatura ciała to 30-33 ºC, która podobnie jak inne gady przemieszcza się między miejscami słonecznymi i zacienionymi. Szczególną strategią krokodyli w celu obniżenia temperatury ciała jest trzymanie szeroko otwartej paszczy przez wiele godzin.

Żmija europejska, Viper berus, to jadowity wąż, którego rozprzestrzenianie sięga za koło podbiegunowe. Aby umożliwić inkubację jaj w niskich temperaturach, wąż ten jest żyworodny. Latem, aby utrzymać odpowiednią temperaturę ciała do drapieżnictwa i rozmnażania się, węże te wystawiają się jak najwięcej na światło słoneczne.

Na Alasce płaz Rana sylvatica przetrwa temperatury do -16 ° C. Wynika to z wysokiego stężenia substancji przeciw zamarzaniu we krwi w okresie zimowym. Substancje te obejmują glukozę i mocznik. Aby zmniejszyć oblodzenie, ta żaba odwadnia się również zimą.

Ryby arktyczne z rodziny Gadidae i ryby antarktyczne z Nototheniidae wyewoluowały niezależnie zasadniczo identyczne substancje krioochronne (glikoproteiny). Stanowi to niezwykły przypadek konwergencji adaptacyjnej w obliczu podobnych warunków klimatycznych.

Bezkręgowce

Pszczoła miodna (Apis mellifera) i inne owady społeczne są utrzymywane w warunkach homeotermicznych w swoich gniazdach. W tym celu: 1) zostały umieszczone w miejscach korzystnych termicznie i skonstruowane tak, aby sprzyjały pasywnemu ogrzewaniu i chłodzeniu; 2) machają skrzydłami w koordynacji, aby ogrzać je przez termogenezę mięśni lub ochłodzić je poprzez cyrkulację powietrza i parowanie.

Komary (Aedes, Anopheles) to ektotermy przystosowane do gorącego klimatu. Są śmiertelne, ponieważ przenoszą choroby, takie jak malaria, żółta febra, chikungunya, denga i zika. Ze względu na zmiany klimatyczne do 2050 roku rozszerzą swoją dystrybucję w strefach umiarkowanych, narażając 50% ludzi na te choroby.

Na Alasce chrząszcz Cucujus clavipes, dzięki przeciwzamarzającym rozpuszczonym substancjom swojej hemolimfy, jest odporny na zimowe temperatury -58 ° C. W laboratorium ustalono, że chrząszcz ten może wytrzymać temperatury poniżej -150 ° C, nieistniejące na Ziemi.

W tych temperaturach płyny ustrojowe tego owada osiągają stan zeszklenia.

W postaci dorosłej tasiemce, takie jak Taenia solium (tasiemiec wołowy) i Taeniarhynchus saginatus (tasiemiec świński), są pasożytami jelitowymi, które bez układu pokarmowego są całkowicie zależne od żywiciela człowieka.

W jelicie tasiemce te utrzymują stałą temperaturę (37 ° C), dzięki czemu są homeotermami.

Bibliografia

1. Andersson, S. 2003. Hibernacja, siedliska i sezonowa aktywność sumatora, Vipera berus, na północ od koła podbiegunowego w Szwecji. Amphibia-Reptilia, 24, 449–457.
2. Barrows, EM 2000. Źródła informacji o zachowaniu zwierząt: słownik zachowań zwierząt, ekologii i ewolucji. CRC Press, Boca Raton.
3. Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. Allometria zdolności nurkowych: ektotermia vs. endotermia. Journal of Evolutionary Biology, 21, 324–329.
4. Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. Unikanie i tolerancja zamarzania u kręgowców ektotermicznych. Journal of Experimental Biology, 216, 1961–1967.
5. David K. Cairns, DK, Gaston, AJ, Huettmann, F. 2008. Endotermia, ektotermia i globalna struktura społeczności kręgowców morskich. Marine Ecology Progress Series, 356, 239–250.
6. Dickson, KA, Graham, JB 2004. Ewolucja i konsekwencje endotermii u ryb. Physiological and Biochemical Zoology, 77,998–1018.
7. Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. Synteza i recykling glikoprotein przeciw zamarzaniu ryb polarnych. Antarctic Science, 24, 259–268.
8. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Animal physiology. Sinauer, Sunderland.
9. Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. Termoregulacja gniazdowa u owadów społecznych. Advances in Insect Physiology, 33, 153–191.
10. Kay, I. 1998. Wprowadzenie do fizjologii zwierząt. Bios, Oxford.
11. Kearney, M. 2002. Gorące skały i zbyt gorące skały: sezonowe wzorce wyboru miejsc odosobnienia przez nocną ektotermę. Journal of Thermal Biology, 27, 205–218.
12. Moyes, CD, Schulte, PM 2014. Zasady fizjologii zwierząt. Pearson, Essex.
13. Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. Życie kręgowców. Pearson w Bostonie.
14. Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. Rola szyszynki w termoregulacji ektotermy. American Zoologist, 19, 273–293.
15. Ramløv, H. 2000. Aspekty naturalnej tolerancji na zimno u zwierząt ektotermicznych. Human Reproduction, 15, 26–46.
16. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fizjologia zwierząt: mechanizmy i adaptacje. McGraw-Hill, Madryt.
17. Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. Głębokie przechłodzenie, zeszklenie i ograniczona przeżywalność do -100 ° C u chrząszcza alaskańskiego Cucujus larwy clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae). Journal of Experimental Biology, 213, 502–509.
18. Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. Fizjologia zwierząt: od genów do organizmów. Brooks / Cole, Belmont.
19. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Fizjologia środowiska zwierząt. Blackwell, Malden.