Մեր մոլորակի վրա կյանքի բազմազանությունը ապշեցուցիչ է իր մասշտաբով: Կանադացի գիտնականների վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս մեր մոլորակի 8,7 միլիոն տեսակի կենդանիների, բույսերի, սնկերի և միկրոօրգանիզմների թիվը: Ընդ որում, նկարագրված է դրանց միայն մոտ 20%-ը, և դա մեզ հայտնի 1,5 միլիոն տեսակ է։ Կենդանի օրգանիզմները բնակեցված են մոլորակի բոլոր էկոլոգիական խորշերում: Կենսոլորտում չկա մի տեղ, որտեղ կյանք չի լինի: Հրաբխների անցքերում և Էվերեստի գագաթին - ամենուր մենք կյանք ենք գտնում իր տարբեր դրսևորումներով: Եվ, անկասկած, նման բազմազանության և տարածման համար բնությունը պարտական է ջերմարյունության (հոմեոթերմային օրգանիզմների) էվոլյուցիայի գործընթացում ի հայտ գալուն։
։
Կյանքի սահմանը ջերմաստիճանն է
Կյանքի հիմքը օրգանիզմի նյութափոխանակությունն է, որը կախված է քիմիական գործընթացների արագությունից և բնույթից։ ԲԱՅՑԱյս քիմիական ռեակցիաները հնարավոր են միայն որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում՝ իրենց սեփական ցուցանիշներով և ազդեցության տևողությամբ: Ավելի մեծ թվով օրգանիզմների համար շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանային ռեժիմի սահմանային ցուցիչները համարվում են 0-ից +50 աստիճան Ցելսիուս։
Բայց սա սպեկուլյատիվ եզրակացություն է։ Ավելի ճիշտ կլինի ասել, որ կյանքի ջերմաստիճանի սահմանները կլինեն նրանք, որոնց դեպքում չկա սպիտակուցների դենատուրացիա, ինչպես նաև բջիջների ցիտոպլազմայի կոլոիդային բնութագրերի անդառնալի փոփոխություններ, կենսական ֆերմենտների գործունեության խախտում: Եվ շատ օրգանիզմներ զարգացրել են բարձր մասնագիտացված ֆերմենտային համակարգեր, որոնք թույլ են տվել նրանց ապրել այս սահմաններից շատ ավելի շատ պայմաններում:
Բնապահպանական դասակարգում
Կյանքի օպտիմալ ջերմաստիճանի սահմանները որոշում են մոլորակի վրա կյանքի ձևերի բաժանումը երկու խմբի՝ կրիոֆիլների և ջերմաֆիլների: Առաջին խումբը ցմահ նախընտրում է ցուրտը և մասնագիտացված է նման պայմաններում կյանքի համար։ Մոլորակի կենսոլորտի ավելի քան 80%-ը սառը շրջաններ են՝ +5 °C միջին ջերմաստիճանով։ Սրանք օվկիանոսների խորություններն են, Արկտիկայի և Անտարկտիկայի անապատները, տունդրան և բարձրավանդակները: Սառը դիմադրության բարձրացումն ապահովվում է կենսաքիմիական հարմարվողականությամբ:
Կրիոֆիլների ֆերմենտային համակարգը արդյունավետորեն նվազեցնում է կենսաբանական մոլեկուլների ակտիվացման էներգիան և պահպանում նյութափոխանակությունը բջջում 0 °C-ին մոտ ջերմաստիճանում: Միևնույն ժամանակ, հարմարվողականությունները գնում են երկու ուղղությամբ՝ դիմադրության (հակադրության) կամ ցրտի նկատմամբ հանդուրժողականության (դիմադրության) ձեռքբերման մեջ: Թերմոֆիլների էկոլոգիական խումբն այն օրգանիզմներն են, որոնք օպտիմալ ենորոնց կյանքը բարձր ջերմաստիճանի տարածքներ են: Նրանց կենսագործունեությունն ապահովում է նաև կենսաքիմիական ադապտացիաների մասնագիտացումը։ Հարկ է նշել, որ օրգանիզմի կազմակերպման բարդացման հետ նվազում է նրա թերմոֆիլիայի կարողությունը։
մարմնի ջերմաստիճան
Կենդանի համակարգում ջերմության հավասարակշռությունը նրա ներհոսքի և արտահոսքի ամբողջությունն է: Օրգանիզմների մարմնի ջերմաստիճանը կախված է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից (էկզոգեն ջերմություն): Բացի այդ, կյանքի պարտադիր հատկանիշը էնդոգեն ջերմությունն է՝ ներքին նյութափոխանակության արդյունք (օքսիդատիվ պրոցեսներ և ադենոզին տրիֆոսֆորաթթվի քայքայում): Մեր մոլորակի տեսակների մեծամասնության կենսագործունեությունը կախված է էկզոգեն ջերմությունից, իսկ նրանց մարմնի ջերմաստիճանը կախված է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի ընթացքից: Սրանք պոիկիլոթերմային օրգանիզմներ են (poikilos - բազմազան), որոնց մարմնի ջերմաստիճանը փոփոխական է։
Poikilotherms-ը բոլոր միկրոօրգանիզմներն են, սնկերը, բույսերը, անողնաշարավորները և ակորդների մեծ մասը: Եվ ողնաշարավորների միայն երկու խումբը՝ թռչունները և կաթնասունները, հոմիոթերմ օրգանիզմներ են (հոմոյոս՝ նմանատիպ)։ Նրանք պահպանում են մարմնի մշտական ջերմաստիճան՝ անկախ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից։ Նրանց անվանում են նաև տաքարյուն կենդանիներ։ Նրանց հիմնական տարբերությունը ներքին ջերմության հզոր հոսքի և ջերմակարգավորման մեխանիզմների համակարգի առկայությունն է։ Արդյունքում, հոմոիոթերմ օրգանիզմներում բոլոր ֆիզիոլոգիական գործընթացներն իրականացվում են օպտիմալ և հաստատուն ջերմաստիճաններում։
Ճիշտ և սխալ
Որոշ ջերմաջերմօրգանիզմները, ինչպիսիք են ձուկը և էխինոդերմը, նույնպես ունեն մշտական մարմնի ջերմաստիճան: Նրանք ապրում են մշտական արտաքին ջերմաստիճանների պայմաններում (օվկիանոսի կամ քարանձավների խորքերը), որտեղ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը չի փոխվում։ Դրանք կոչվում են կեղծ հոմոիոթերմային օրգանիզմներ։ Շատ կենդանիներ, որոնք զգում են ձմեռային քուն կամ ժամանակավոր ցնցում, ունեն մարմնի ջերմաստիճանի տատանումներ: Այս իսկապես հոմոիոթերմ օրգանիզմները (օրինակ՝ մարմոտներ, չղջիկներ, ոզնիներ, սվիֆթներ և այլք) կոչվում են հետերերերմային։
Հարգելի արոմորֆոզ
Կենդանի էակների մեջ հոմոիոթերմիայի ի հայտ գալը շատ էներգիա խլող էվոլյուցիոն ձեռքբերում է: Գիտնականները դեռևս վիճում են կառուցվածքի այս առաջադեմ փոփոխության ծագման մասին, որը հանգեցրեց կազմակերպվածության մակարդակի բարձրացմանը: Շատ տեսություններ են առաջարկվել տաքարյուն օրգանիզմների ծագման վերաբերյալ։ Որոշ հետազոտողներ խոստովանում են, որ նույնիսկ դինոզավրերը կարող են ունենալ այս հատկությունը: Սակայն գիտնականների բոլոր տարաձայնությունների հետ մեկտեղ մի բան հաստատ է՝ հոմիոթերմային օրգանիզմների ի հայտ գալը բիոէներգետիկ երեւույթ է։ Իսկ կյանքի ձևերի բարդացումը կապված է ջերմափոխանակման մեխանիզմների ֆունկցիոնալ բարելավման հետ։
Ջերմաստիճանի փոխհատուցում
Որոշ պոիկիլոթերմիկ օրգանիզմների կարողությունը պահպանել նյութափոխանակության պրոցեսների մշտական մակարդակը մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությունների լայն շրջանակում ապահովվում է կենսաքիմիական հարմարվողականությամբ և կոչվում է ջերմաստիճանի փոխհատուցում: Այն հիմնված է որոշ ֆերմենտների ունակության վրա՝ փոխելու իրենց կոնֆիգուրացիան ջերմաստիճանի նվազմամբ և մեծացնելով իրենց կապը սուբստրատի հետ՝ մեծացնելով ռեակցիաների արագությունը: Օրինակ՝ երկփեղկանի միդիաներումԲարենցի ծովում թթվածնի սպառումը կախված չէ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից, որը տատանվում է 25 °C (+5-ից +30 °C):
Միջանկյալ ձևեր
Էվոլյուցիոն կենսաբանները գտել են պոիկիլոթերմիկից տաքարյուն կաթնասունների անցումային ձևերի նույն ներկայացուցիչները: Բրոքի համալսարանի կանադացի կենսաբանները սեզոնային տաքարյունություն են հայտնաբերել արգենտինական սև-սպիտակ տեգուում (Alvator merianae): Այս գրեթե մետրանոց մողեսն ապրում է Հարավային Ամերիկայում։ Ինչպես սողունների մեծ մասը, տեգուն ցերեկային ժամերին արևի տակ է ընկնում, իսկ գիշերը թաքնվում փոսերում և քարանձավներում, որտեղ սառչում է: Բայց բազմացման շրջանում՝ սեպտեմբերից հոկտեմբեր ընկած ժամանակահատվածում, թեգուի ջերմաստիճանը, շնչառության արագությունը և առավոտյան սրտի կծկումների ռիթմը կտրուկ աճում են։ Մողեսի մարմնի ջերմաստիճանը կարող է տասը աստիճանով գերազանցել քարանձավի ջերմաստիճանը։ Սա ապացուցում է ձևերի անցումը սառնասրտ կենդանիներից դեպի հոմոիոթերմ կենդանիներ։
Ջերմակարգավորման մեխանիզմներ
Հոմոջերմային օրգանիզմները միշտ աշխատում են ապահովելու հիմնական համակարգերի աշխատանքը՝ շրջանառու, շնչառական, արտազատում՝ առաջացնելով նվազագույն ջերմության արտադրություն: Հանգստի ժամանակ արտադրված այս նվազագույնը կոչվում է բազալ նյութափոխանակություն: Տաք արյունով կենդանիների ակտիվ վիճակի անցումը մեծացնում է ջերմության արտադրությունը, և նրանց անհրաժեշտ են մեխանիզմներ, որոնք մեծացնում են ջերմության փոխանցումը, որպեսզի կանխեն սպիտակուցի դենատուրացիան:
Այս գործընթացների միջև հավասարակշռության հասնելու գործընթացը ապահովվում է քիմիական և ֆիզիկական ջերմակարգավորման միջոցով: Այս մեխանիզմները ապահովում են հոմոիոթերմային օրգանիզմների պաշտպանությունը ցածր ջերմաստիճանից ևգերտաքացում. Մարմնի մշտական ջերմաստիճանի պահպանման մեխանիզմները (քիմիական և ֆիզիկական ջերմակարգավորում) տարբեր աղբյուրներ ունեն և շատ բազմազան են։
Քիմիական ջերմակարգավորում
Ի պատասխան շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի նվազման՝ տաքարյուն կենդանիները ռեֆլեքսորեն մեծացնում են էնդոգեն ջերմության արտադրությունը։ Սա ձեռք է բերվում օքսիդատիվ գործընթացների ավելացման միջոցով, հատկապես մկանային հյուսվածքներում: Մկանների չհամակարգված կծկումը (դողում) և ջերմակարգավորման տոնայնությունը ջերմության արտադրության ավելացման առաջին փուլերն են։ Միաժամանակ ավելանում է լիպիդային նյութափոխանակությունը, իսկ ճարպային հյուսվածքը դառնում է ավելի լավ ջերմակարգավորման բանալին: Ցուրտ կլիմայական պայմաններում գտնվող կաթնասուններն ունեն նույնիսկ շագանակագույն ճարպ, որի օքսիդացումից ստացվող ողջ ջերմությունը տաքացնում է մարմինը: Էներգիայի այս ծախսը կենդանուց պահանջում է կա՛մ մեծ քանակությամբ սնունդ օգտագործել, կա՛մ ունենալ ճարպի զգալի պաշարներ: Այս ռեսուրսների բացակայության պայմաններում քիմիական ջերմակարգավորումն ունի իր սահմանները:
Ֆիզիկական ջերմակարգավորման մեխանիզմներ
Ջերմակարգավորման այս տեսակը չի պահանջում լրացուցիչ ծախսեր ջերմության առաջացման համար, այլ իրականացվում է էնդոգեն ջերմության պահպանման միջոցով։ Այն իրականացվում է մաշկի գոլորշիացման (քրտնարտադրության), ճառագայթման (ճառագայթման), ջերմահաղորդման (հաղորդման) և կոնվեկցիայի միջոցով։ Ֆիզիկական ջերմակարգավորման մեթոդները զարգացել են էվոլյուցիայի ընթացքում և ավելի ու ավելի կատարյալ են դառնում միջատակերներից և չղջիկներից մինչև կաթնասուններ ֆիլոգենետիկ շարքը ուսումնասիրելիս:
Նման կարգավորման օրինակ է մաշկի արյան մազանոթների նեղացումը կամ ընդլայնումը, որը փոխվում է.ջերմահաղորդականություն, մորթի և փետուրների ջերմամեկուսիչ հատկություններ, մակերեսային անոթների և ներքին օրգանների անոթների միջև արյան հակահոսանք ջերմափոխանակություն։ Ջերմության ցրումը կարգավորվում է մորթու մազերի և փետուրների թեքությամբ, որոնց միջև օդային բաց է պահպանվում։
Ծովային կաթնասունների մեջ ենթամաշկային ճարպը տարածվում է ողջ մարմնում՝ պաշտպանելով էնդոգերմությունը: Օրինակ, կնիքների մեջ նման ճարպային պարկը հասնում է ընդհանուր քաշի մինչև 50% -ի: Այդ պատճառով էլ ձյունը ժամերով սառույցի վրա պառկած փոկերի տակ չի հալվում։ Շոգ կլիմայական պայմաններում ապրող կենդանիների համար մարմնի ճարպի հավասարաչափ բաշխումն ամբողջ մարմնի վրա մահացու կլինի: Ուստի նրանց ճարպը կուտակվում է միայն մարմնի որոշ մասերում (ուղտի կուզ, ոչխարի հաստ պոչը), ինչը չի խանգարում մարմնի ամբողջ մակերեւույթից գոլորշիանալ։ Բացի այդ, հյուսիսային ցուրտ կլիմայի կենդանիներն ունեն հատուկ ճարպային հյուսվածք (շագանակագույն ճարպ), որն ամբողջությամբ օգտագործվում է մարմնի տաքացման համար։
Ավելի հարավ - ավելի մեծ ականջներ և ավելի երկար ոտքեր
Մարմնի տարբեր մասեր ջերմության փոխանցման առումով հեռու են համարժեք լինելուց: Ջերմափոխանակությունը պահպանելու համար կարևոր է մարմնի մակերեսի և դրա ծավալի հարաբերակցությունը, քանի որ ներքին ջերմության ծավալը կախված է մարմնի զանգվածից, իսկ ջերմության փոխանցումը տեղի է ունենում միջով: Մարմնի դուրս ցցված մասերը մեծ մակերես ունեն, ինչը լավ է տաք կլիմայական պայմանների համար, որտեղ տաքարյուն կենդանիները ջերմափոխանակման մեծ կարիք ունեն։ Օրինակ՝ մեծ ականջները՝ բազմաթիվ արյունատար անոթներով, երկար վերջույթներով և պոչով, բնորոշ են տաք կլիմայի բնակիչներին (փիղ, ֆենեկ աղվես, աֆրիկյաներկար ականջներով ջերբոա): Ցուրտ պայմաններում հարմարվողականությունը հետևում է տարածքի խնայողության ճանապարհին մինչև ծավալը (կնիքների ականջները և պոչը):
Գոյություն ունի մեկ այլ օրենք տաքարյուն կենդանիների համար՝ որքան ավելի հյուսիս են ապրում մեկ ֆիլոգենետիկ խմբի ներկայացուցիչները, այնքան մեծ են նրանք: Եվ դա կապված է նաև գոլորշիացման մակերեսի ծավալի և, համապատասխանաբար, ջերմության կորստի և կենդանու զանգվածի հարաբերակցության հետ։
Էթոլոգիա և ջերմային փոխանցում
Վարքային առանձնահատկությունները նույնպես կարևոր դեր են խաղում ջերմության փոխանցման գործընթացներում, ինչպես պոիկիլոթերմիկ, այնպես էլ հոմեոթերմային կենդանիների համար: Սա ներառում է կեցվածքի փոփոխություններ, ապաստարանների կառուցում և տարբեր միգրացիաներ: Որքան մեծ է անցքի խորությունը, այնքան ավելի հարթ է ջերմաստիճանի ընթացքը: Միջին լայնությունների համար՝ 1,5 մետր խորության վրա, ջերմաստիճանի սեզոնային տատանումները աննկատ են։
Խմբային վարքագիծը օգտագործվում է նաև ջերմակարգավորման համար: Այսպիսով, պինգվինները կուչ են եկել՝ ամուր կառչելով միմյանցից: Կույտի ներսում ջերմաստիճանը մոտ է պինգվինների մարմնի ջերմաստիճանին (+37 ° C) նույնիսկ ամենադաժան սառնամանիքների դեպքում: Ուղտերը նույնն են անում. խմբի կենտրոնում ջերմաստիճանը մոտ +39 °C է, իսկ ծայրամասային կենդանիների մորթին կարելի է տաքացնել մինչև +70 °C։
Ձմեռումը հատուկ ռազմավարություն է
Թշվառ վիճակը (խռովությունը) կամ ձմեռումը տաքարյուն կենդանիների հատուկ ռազմավարություններ են, որոնք թույլ են տալիս օգտագործել մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությունները հարմարվողական նպատակներով: Այս վիճակում կենդանիները դադարում են պահպանել մարմնի ջերմաստիճանը և այն իջեցնում են գրեթե զրոյի։ Ձմեռումը բնութագրվում է նյութափոխանակության արագության նվազմամբ ևկուտակված ռեսուրսների սպառումը. Սա լավ կարգավորվող ֆիզիոլոգիական վիճակ է, երբ ջերմակարգավորման մեխանիզմներն անցնում են ավելի ցածր մակարդակի. սրտի բաբախյունը նվազում է (օրինակ, դմիկի մոտ րոպեում 450-ից մինչև 35 զարկ), թթվածնի սպառումը նվազում է 20-100 անգամ:
Զարթոնքը պահանջում է էներգիա և տեղի է ունենում ինքնատաքացման միջոցով, ինչը չի կարելի շփոթել սառնասրտ կենդանիների թմբիրի հետ, որտեղ այն պայմանավորված է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի նվազմամբ և ինքնին մարմնի կողմից չկարգավորվող վիճակ է (արթնացում). առաջանում է արտաքին գործոնների ազդեցության տակ):
Համարձությունը նույնպես կարգավորվող վիճակ է, սակայն մարմնի ջերմաստիճանն իջնում է ընդամենը մի քանի աստիճանով և հաճախ ուղեկցում է ցիրկադային ռիթմերին։ Օրինակ՝ կոլիբրիները գիշերը թմրում են, երբ նրանց մարմնի ջերմաստիճանը 40°C-ից իջնում է մինչև 18°C։ Բազմաթիվ անցումներ կան տապալման և ձմեռման միջև: Այսպիսով, չնայած արջերի քունը ձմռանը ձմեռում ենք անվանում, իրականում նրանց նյութափոխանակությունը փոքր-ինչ նվազում է, և նրանց մարմնի ջերմաստիճանը իջնում է ընդամենը 3-6 ° C-ով: Այս վիճակում է, որ արջը ձագեր է ծնում։
Ինչու կան քիչ հոմոիոթերմային օրգանիզմներ ջրային միջավայրում
Հիդրոբիոնտների (ջրային միջավայրում ապրող օրգանիզմների) մեջ տաքարյուն կենդանիների ներկայացուցիչներ քիչ են։ Կետերը, դելֆինները, մորթյա փոկերը երկրորդական ջրային կենդանիներ են, որոնք ցամաքից վերադարձել են ջրային միջավայր։ Ջերմությունը կապված է հիմնականում նյութափոխանակության գործընթացների ավելացման հետ, որոնց հիմքը օքսիդացման ռեակցիաներն են։ Եվ այստեղ թթվածինը մեծ դեր է խաղում: Եվ, ինչպես գիտեք, ներսջրային միջավայրում թթվածնի պարունակությունը 1%-ից ոչ ավելի ծավալային է: Ջրի մեջ թթվածնի տարածումը հազարավոր անգամ ավելի քիչ է, քան օդում, ինչն էլ ավելի քիչ հասանելի է դարձնում այն: Բացի այդ, ջերմաստիճանի բարձրացման և օրգանական միացություններով ջրի հարստացման հետ մեկտեղ թթվածնի պարունակությունը նվազում է։ Այս ամենը ջրային միջավայրում մեծ քանակությամբ տաքարյուն օրգանիզմների գոյությունը էներգետիկորեն անբարենպաստ է դարձնում։
Կողմ և դեմ
Սառարյունների նկատմամբ տաքարյուն կենդանիների գլխավոր առավելությունը նրանց պատրաստակամությունն է գործել՝ անկախ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից։ Սա հնարավորություն է դիմակայելու գիշերային ցրտերին մոտ ջերմաստիճանին և ցամաքի հյուսիսային տարածքների զարգացմանը։
Տաքարյունության հիմնական թերությունը էներգիայի մեծ սպառումն է՝ մարմնի մշտական ջերմաստիճանը պահպանելու համար: Իսկ դրա հիմնական աղբյուրը սնունդն է։ Տաքարյուն առյուծին տասն անգամ ավելի շատ սնունդ է պետք, քան նույն քաշ ունեցող սառնասրտորեն կոկորդիլոսը։
