Гомеотермия

Группа, в которую входят млекопитающие и птицы, оба «теплокровные» гомойотермные животные (красный цвет), является полифилетической .

Гомеотермия , гомотермия или гомойотермия ^[1] терморегуляция , обеспечивающая поддержание стабильной внутренней температуры тела независимо от внешнего воздействия. Эта внутренняя температура тела часто, хотя и не обязательно, выше, чем температура непосредственной окружающей среды. ^[2] (от греческого ὅμοιος homoios «подобный» и θέρμη thermē «тепло»). Гомеотермия — один из трёх типов терморегуляции у теплокровных животных. Противоположностью гомеотермии является пойкилотермия . Пойкилотермный организм — это организм, который не поддерживает фиксированную внутреннюю температуру, а скорее колеблется в зависимости от окружающей среды и физического поведения. ^[3]

Гомеотермы не обязательно эндотермичны . Некоторые гомеотермы могут поддерживать постоянную температуру тела только за счет поведенческих механизмов, т. е. поведенческой терморегуляции. Многие рептилии используют эту стратегию. Например, пустынные ящерицы примечательны тем, что поддерживают почти постоянную температуру активности, которая часто находится в пределах одного-двух градусов от их смертельной критической температуры.

Эволюция

Происхождение гомеотермии

Эволюция гомеотермии — сложная тема, для объяснения ее происхождения предлагаются различные гипотезы. Вот наиболее распространенные гипотезы:

Гипотеза метаболической эффективности . Эта гипотеза предполагает, что гомеотермия возникла в результате повышения метаболической эффективности. Поддержание постоянной внутренней температуры обеспечивает оптимальную активность ферментов и биохимические реакции. Эта эффективность могла бы обеспечить преимущество с точки зрения устойчивого уровня активности, улучшения поиска пищи и улучшения мышечной функции.
Гипотеза эндотермической родительской заботы . Эта гипотеза предполагает, что гомеотермия возникла как способ обеспечить постоянную и теплую внутреннюю среду для развивающихся эмбрионов или молодого потомства. Эндотермия могла бы позволить родителям сохранять яйца или молодняк в тепле, что привело бы к повышению выживаемости и успешному размножению.
Гипотеза уровня активности : Гомеотермия могла развиться для обеспечения устойчивого уровня активности. Хладнокровные животные часто ограничены внешними температурами, которые могут повлиять на их способность охотиться, спасаться от хищников и выполнять другие важные виды деятельности. Гомеотермия могла бы обеспечить селективное преимущество, позволяя животным вести активный образ жизни в течение более длительных периодов времени, увеличивая их шансы на выживание.
Динамика хищник-жертва : Эволюция гомеотермии может быть связана с динамикой хищник-жертва. Если бы хищники были хладнокровными, а их жертвы — теплокровными, хищникам, возможно, было бы трудно эффективно охотиться в более прохладных условиях. Гомеотермия у видов-жертв могла бы обеспечить конкурентное преимущество, позволяя им поддерживать стабильную производительность в более широком диапазоне температур.
Экологическая нестабильность . Колебания климата Земли в течение эволюционных временных рамок могли привести к развитию гомеотермии. В окружающей среде с непредсказуемыми изменениями температуры могли отдаваться предпочтение животным, которые могли регулировать температуру своего тела изнутри, что позволяло им адаптироваться к изменяющимся условиям.
Коэволюция с микроорганизмами : Гомеотермия могла развиться в ответ на взаимодействие с микроорганизмами, такими как паразиты и патогены. Теплокровные животные могли бы получить преимущество, создав негостеприимную среду для многих болезнетворных организмов и тем самым снизив риск заражения.
Изоляция и терморегуляция . Гомеотермия могла возникнуть как ответ на развитие изолирующих структур, таких как мех, перья или другие покрытия. По мере того, как у животных развивались эти изолирующие свойства, они были лучше подготовлены к поддержанию стабильной внутренней температуры. Со временем это могло бы привести к созданию более совершенных механизмов терморегуляции.
Высота над уровнем моря и доступность кислорода . Некоторые исследователи предполагают, что гомеотермия могла развиться по мере того, как животные мигрировали на большие высоты, где уровень кислорода ниже. Гомеотермия могла бы помочь компенсировать снижение доступности кислорода, обеспечивая эффективное использование кислорода и общую метаболическую функцию.
Модели миграции : Животные, мигрировавшие на большие расстояния, столкнулись с широким диапазоном температурных условий. Гомеотермия могла бы развиться как способ поддержания энергоэффективной миграции за счет уменьшения необходимости часто останавливаться и согреваться.
Энергетические преимущества : Гомеотермия могла бы обеспечить энергетические преимущества, позволяя животным использовать более широкий спектр экологических ниш и источников пищи. Теплокровные животные могли выжить в местах обитания, где хладнокровные конкуренты боролись из-за температурных ограничений.

Эти гипотезы не являются взаимоисключающими, и эволюция гомеотермии, вероятно, включала комбинацию факторов. Точное происхождение гомеотермии до сих пор является областью активных исследований и дискуссий в научном сообществе.

Преимущества

Ферменты имеют относительно узкий температурный диапазон, при котором их эффективность оптимальна. Температуры за пределами этого диапазона могут значительно снизить скорость реакции или вообще остановить ее. ^[4] Таким образом, существо с достаточно постоянной температурой тела может специализироваться на ферментах, эффективных при этой конкретной температуре. Пойкилотермам приходится либо большую часть времени работать значительно ниже оптимальной эффективности, либо мигрировать, впадать в спячку, либо тратить дополнительные ресурсы на производство более широкого спектра ферментов , чтобы охватить более широкий диапазон температур тела.

Однако в некоторых средах температура более стабильна, чем в других. Например, в тропиках сезонные колебания температуры часто меньше, чем суточные. Кроме того, большие водоемы, такие как океан и очень большие озера , имеют умеренные колебания температуры. Воды под поверхностью океана особенно стабильны по температуре.

Недостатки

Поскольку многие гомойотермные животные используют ферменты, специализирующиеся на узком диапазоне температур тела, гипотермия быстро приводит к оцепенению , а затем к смерти. Кроме того, гомеотермия, полученная из эндотермии, представляет собой высокоэнергетическую стратегию. ^[5] и многие среды предлагают меньшую пропускную способность этим организмам . В холодную погоду затраты энергии на поддержание температуры тела ускоряют голодание и могут привести к смерти.

См. также

Ссылки

^ Макнаб, Брайан К. (1 января 1978 г.). «Эволюция эндотермии в филогении млекопитающих» . Американский натуралист . 112 (983): 1–21. дои : 10.1086/283249 . ISSN 0003-0147 . S2CID 84070652 .
^ Иванов, КП (2005). «Развитие представлений о гомеотермии и терморегуляции» (PDF) . Журнал термической биологии . 31 (1–2): 24–29. дои : 10.1016/j.jtherbio.2005.12.005 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 февраля 2017 г. Проверено 25 февраля 2017 г.
^ «33.3С: Гомеостаз – Терморегуляция» . Свободные тексты по биологии . 16 июля 2018 г. Проверено 30 января 2021 г.
^ Дэниел, Рой М.; Петерсон, Мишель Э.; Дэнсон, Майкл Дж.; Прайс, Николас К.; Келли, Шэрон М.; Монк, Колин Р.; Вайнберг, Кристина С.; Оудсхорн, Мэтью Л.; Ли, Чарльз К. (15 января 2010 г.). «Молекулярные основы влияния температуры на активность ферментов» . Биохимический журнал . 425 (2): 353–360. дои : 10.1042/BJ20091254 . hdl : 10289/3552 . ISSN 0264-6021 . ПМИД 19849667 .
^ Левеск, Даниэль Л.; Лавгроув, Барри Г. (1 мая 2014 г.). «Повышенная гомеотермия во время размножения у базально-плацентарного млекопитающего» . Журнал экспериментальной биологии . 217 (9): 1535–1542. дои : 10.1242/jeb.098848 . ISSN 0022-0949 . ПМИД 24501138 .

[1] Макнаб, Брайан К. (1 января 1978 г.). «Эволюция эндотермии в филогении млекопитающих» . Американский натуралист . 112 (983): 1–21. дои : 10.1086/283249 . ISSN 0003-0147 . S2CID 84070652 .

[2] Иванов, КП (2005). «Развитие представлений о гомеотермии и терморегуляции» (PDF) . Журнал термической биологии . 31 (1–2): 24–29. дои : 10.1016/j.jtherbio.2005.12.005 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 февраля 2017 г. Проверено 25 февраля 2017 г.

[3] «33.3С: Гомеостаз – Терморегуляция» . Свободные тексты по биологии . 16 июля 2018 г. Проверено 30 января 2021 г.

[4] Дэниел, Рой М.; Петерсон, Мишель Э.; Дэнсон, Майкл Дж.; Прайс, Николас К.; Келли, Шэрон М.; Монк, Колин Р.; Вайнберг, Кристина С.; Оудсхорн, Мэтью Л.; Ли, Чарльз К. (15 января 2010 г.). «Молекулярные основы влияния температуры на активность ферментов» . Биохимический журнал . 425 (2): 353–360. дои : 10.1042/BJ20091254 . hdl : 10289/3552 . ISSN 0264-6021 . ПМИД 19849667 .

[5] Левеск, Даниэль Л.; Лавгроув, Барри Г. (1 мая 2014 г.). «Повышенная гомеотермия во время размножения у базально-плацентарного млекопитающего» . Журнал экспериментальной биологии . 217 (9): 1535–1542. дои : 10.1242/jeb.098848 . ISSN 0022-0949 . ПМИД 24501138 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]