Клептотермия
| Терморегуляция у животных |
|---|
 |
В биологии , клептотермия — это любая форма терморегуляции посредством которой животное участвует в метаболическом термогенезе другого животного. Это может быть или не быть реципрокным и встречается как у эндотермных , так и у эктотермных животных . [1] Одна из его форм – сгущение . Однако клептотермия может возникнуть между разными видами, живущими в одной и той же среде обитания , а также может произойти в период до вылупления, когда эмбрионы способны обнаруживать температурные изменения в окружающей среде.
Этот процесс требует двух основных условий: термической гетерогенности, создаваемой присутствием теплого организма в прохладной среде, а также использования этой гетерогенности другим животным для поддержания температуры тела на более высоком (и более стабильном) уровне, чем это было бы возможно в других местах. в местном районе. [2] Цель такого поведения — дать возможность этим группам увеличить свою тепловую инерцию , замедлить потерю тепла и/или снизить метаболические затраты на душу населения, необходимые для поддержания стабильной температуры тела. [2]
Клептотермия наблюдается в тех случаях, когда эктотермные животные регулируют свою собственную температуру и используют высокие и постоянные температуры тела, присущие эндотермным видам. [2] В этом случае эндотермами являются не только млекопитающие и птицы ; это могут быть термиты , которые поддерживают высокие и постоянные температуры в своих курганах , обеспечивая температурный режим, который используется множеством ящериц , змей и крокодилов . [ нужна ссылка ] Однако во многих случаях клептотермии эктотермные животные укрываются внутри нор, которые эндотермические животные используют для поддержания высокой постоянной температуры тела. [2]
Сбившись в кучу
[ редактировать ]
Сбивание в кучу обеспечивает более высокую и постоянную температуру тела, чем отдых в одиночестве. [3] Некоторые виды эктотермных животных, включая ящериц. [4] и змеи , например удавы [5] и тигровые змеи , [6] увеличить их эффективную массу, плотно сгруппировавшись вместе. Он также широко распространен среди стадных эндотермных животных, таких как летучие мыши. [7] и птицы (например, мышевидка [8] и императорский пингвин [9] ), где это позволяет делиться теплом тела, особенно среди несовершеннолетних.
У белоспинных мышевидок ( Colius colius ) особи поддерживают температуру тела в фазе покоя выше 32 °C, несмотря на низкую температуру воздуха -3,4 °C. [10] Эта температура тела в фазе покоя была синхронизирована среди особей, входивших в группу. [10] Иногда клептотермия не является взаимной и может быть точно описана как похищение тепла . Например, некоторые самцы канадских краснобоких подвязочных змей подражают самкам , при этом они производят ложные феромоны после выхода из спячки . [11] Это заставляет конкурирующих самцов прикрывать их в ошибочной попытке спаривания и таким образом передавать им тепло. [11] В свою очередь, те самцы, которые имитируют самок, быстро восстанавливаются после спячки (что зависит от повышения температуры их тела), что дает им преимущество в собственных попытках спариваться. [11]
С другой стороны, кучка позволяет императорским пингвинам ( Aptenodytes forsteri ) экономить энергию, поддерживать высокую температуру тела и поддерживать быстрое размножение во время антарктической зимы. [12] Такое сбиение в кучу повышает температуру окружающей среды, воздействию которой подвергаются эти пингвины, выше 0 °C (при средней внешней температуре -17 °C). [12] Из-за плотного скопления птиц температура окружающей среды может превышать 20 °C и достигать 37,5 °C, что близко к температуре тела птиц. [12] Таким образом, именно такое сложное социальное поведение позволяет всем заводчикам получить равный и нормальный доступ к окружающей среде, которая позволяет им экономить энергию и успешно инкубировать яйца во время антарктической зимы. [12]
Совместное использование среды обитания
[ редактировать ]Многие эктотермные животные используют тепло, выделяемое эндотермными животными, делясь своими гнездами и норами . Например, норы млекопитающих используют гекконы , а норы морских птиц — австралийские тигровые змеи и новозеландские туатары . [13] Термиты создают в своих курганах высокие и регулируемые температуры, чем пользуются некоторые виды ящериц, змей и крокодилов. [14] [15]
Исследования показали, что такая клептотермия может быть полезна в таких случаях, как синегубый морской крайт ( Laticauda laticaudata ), где эти рептилии занимают нору пары клинохвостых буревестников, высиживающих своих птенцов. [2] Это, в свою очередь, повышает температуру его тела до 37,5 ° C (99,5 ° F) по сравнению с 31,7 ° C (89,1 ° F), когда он присутствует в других местах обитания. [2] Температура его тела также более стабильна. [2] С другой стороны, норы без птиц не обеспечивали такого тепла: температура составляла всего 28 ° C (82 ° F). [2]
Другим примером может служить случай сказочного приона ( Pachyptila turtur ), который образует тесную связь с рептилией среднего размера, туатарой ( Sphenodon punctatus ). [16] Эти рептилии делят норы, сделанные птицами, и часто остаются в их присутствии, что помогает поддерживать более высокую температуру тела. [16] Исследования показали, что волшебные прионы позволяют туатаре поддерживать более высокую температуру тела в течение ночи в течение нескольких месяцев в году, с октября по январь (от южной весны до лета). [16] Ночью туатара, сидевшая в норе с птицей, имела наибольшую термическую пользу и помогала поддерживать температуру тела до 15 часов на следующий день. [16]
Жизнь до вылупления
[ редактировать ]Исследования, проведенные на эмбрионах китайских мягкопанцирных черепах ( Pelodiscus sinensis ), опровергают предположение о том, что поведенческая терморегуляция возможна только на стадиях жизни рептилий после вылупления. [17] Примечательно, что даже неразвитые и крошечные эмбрионы были способны обнаруживать температурные различия внутри яйца и использовать эту мелкомасштабную гетерогенность. [17] Исследования показали, что такое поведение, демонстрируемое эмбрионами рептилий, вполне может улучшить приспособленность потомства, поскольку движения этих эмбрионов позволяют им максимизировать получение тепла из окружающей среды и, таким образом, повышать температуру своего тела. [17] Это, в свою очередь, приводит к изменению скорости эмбрионального развития, а также инкубационного периода. [17] Это может принести пользу эмбрионам, поскольку более теплая инкубация увеличивает скорость развития и, следовательно, ускоряет процесс вылупления. [17]
С другой стороны, сокращение инкубационного периода также может свести к минимуму подверженность эмбриона риску нападения хищников на гнездо или смертельных экстремальных температурных условий, когда эмбрионы перемещаются в более прохладные области яйца в периоды опасно высоких температур. [17]
Кроме того, эмбриональная терморегуляция может улучшить приспособленность к вылуплению за счет модификации ряда фенотипических признаков, когда эмбрионы с минимальной разницей температур вылупляются, в то же время снижая риск нападения хищников на особей. [17] Следовательно, темпы развития эмбрионов рептилий не являются пассивным следствием навязанных матерью решений о температурах, которые эмбрион будет испытывать перед вылуплением. [17] Вместо этого поведение и физиология эмбриона объединяются, позволяя самым маленьким эмбрионам контролировать аспекты своей собственной среды перед вылуплением, показывая, что эмбрион - это не просто незавершенная работа, а функционирующий организм с удивительно сложным и эффективным поведением. [17]
Эволюция
[ редактировать ]Эктотермные и эндотермные животные претерпевают разные эволюционные перспективы: у млекопитающих и птиц терморегуляция гораздо точнее, чем у эктотермных. [18] Основным преимуществом точной терморегуляции является возможность повышения производительности за счет термической специализации. [18] Таким образом, предполагается, что млекопитающие и птицы развили относительно узкий диапазон характеристик. [18] Таким образом, гетеротермия этих эндотерм может привести к потере работоспособности в определенные периоды, и, следовательно, генетическая изменчивость термочувствительности сделает возможной эволюцию тепловых универсалистов в более гетеротермных видах. [18] Физиология эндотермов позволяет им адаптироваться в рамках ограничений, налагаемых генетикой, развитием и физикой. [18]
С другой стороны, механизмы терморегуляции развивались не отдельно, а в связи с другими функциями. [19] Эти механизмы носили скорее количественный, чем качественный характер и включали выбор подходящих мест обитания, изменение уровня двигательной активности, оптимальное выделение энергии и сохранение метаболических субстратов. [19] Эволюция эндотермии напрямую связана с отбором на высокие уровни активности, поддерживаемые аэробным метаболизмом . [20] Эволюция сложных моделей поведения среди птиц и млекопитающих требует эволюции метаболических систем, которые поддерживают предшествующую активность. [20]
Эндотермия у позвоночных развилась по отдельным, но параллельным линиям от разных групп предков рептилий. [20] Преимущества эндотермии проявляются в способности занимать тепловые зоны, исключающие многих экзотермных позвоночных, высокой степени тепловой независимости от температуры окружающей среды, высокой мышечной силе и устойчивом уровне активности. [20] Эндотермия, однако, энергетически очень дорога и требует большого количества пищи по сравнению с экзотермией, чтобы поддерживать высокие скорости метаболизма. [20]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Королевское общество. Клептотермия: дополнительная категория терморегуляции и возможный пример у морских крайтов ( Laticauda laticaudata , Serpentes).
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Бришу, Франсуа; Бонне, Ксавье; Шайн, Ричард (2009). «Клептотермия: дополнительная категория терморегуляции и возможный пример у морских крайтов ( Laticauda laticaudata , Serpentes)» . Письма по биологии . 5 (6): 729–731. дои : 10.1098/rsbl.2009.0550 . ПМК 2828009 . ПМИД 19656862 .
- ^ Эппли, Тимоти М.; Вацек, Джулия; Холл, Кэти; Донати, Джузеппе (01 декабря 2017 г.). «Климатические, социальные и репродуктивные влияния на поведенческую терморегуляцию у лемура, в котором доминируют самки» . Поведение животных . 134 : 25–34. дои : 10.1016/j.anbehav.2017.10.003 . ISSN 0003-3472 . S2CID 53180578 .
- ^ Светить; Хадсон; Шах; Кирни (2003). «Социальность ящериц: почему толстохвостые гекконы (Nephrurus milii) объединяются?». Поведение . 140 (8–9): 1039–1052. дои : 10.1163/156853903322589632 .
- ^ Майрес, Британская Колумбия; Иллс, ММ (1968). «Термическая агрегация у удава». Герпетологика . 24 (1): 61–66. JSTOR 3891156 .
- ^ Обре, Фабьен; Шайн, Ричард (2009). «Причины и последствия агрегации новорожденных тигровых змей (Notechis scutatus, Elapidae)». Австралийская экология . 34 (2): 210–217. дои : 10.1111/j.1442-9993.2008.01923.x .
- ^ Арендс, Алексис; Бонаккорсо, Фрэнк Дж.; Жену, Мишель (1995). «Базальная скорость метаболизма нектароядных летучих мышей (Phyllostomidae) из полузасушливого тернового леса в Венесуэле». Журнал маммологии . 76 (3): 947. дои : 10.2307/1382765 . JSTOR 1382765 .
- ^ Браун, ЧР; Фостер, Г.Г. (1992). «Термическое и энергетическое значение кластеризации у крапчатой мышиной птицы Colius striatus ». Журнал сравнительной физиологии Б. 162 (7): 658–664. дои : 10.1007/BF00296648 . S2CID 23969182 .
- ^ Ансель, Андре; Виссер, Хенк; Хандрич, Ив; Масман, Диркьян; Махо, Ивон Ле (1997). «Энергосбережение у сбившихся в кучу пингвинов». Природа . 385 (6614): 304–305. Бибкод : 1997Natur.385..304A . дои : 10.1038/385304a0 . S2CID 45614302 .
- ^ Перейти обратно: а б МакКечни, Эндрю Э.; Кёртнер, Герхард; Лавгроув, Барри Г. (2004). «Терморегуляция в фазе покоя у свободно обитающих белоспинных мышевидок». Кондор . 106 (1): 143. дои : 10.1650/7327 . ISSN 0010-5422 . S2CID 85156151 .
- ^ Перейти обратно: а б с Шайн, Р.; Филлипс, Б.; Уэй, Х.; Лемастер, М.; Мейсон, RT (2001). «Преимущества женской мимикрии у змей» . Природа . 414 (6861): 267. Бибкод : 2001Natur.414..267S . дои : 10.1038/35104687 . ПМИД 11713516 . S2CID 205023381 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Гилберт, К; Робертсон, Дж; Лемахо, Ю; Найто, Ю; Ансель, А. (30 июля 2006 г.). «Сбившееся в кучу поведение императорских пингвинов: динамика сбившегося в кучу». Физиология и поведение . 88 (4–5): 479–488. arXiv : q-bio/0701051 . дои : 10.1016/j.physbeh.2006.04.024 . ISSN 0031-9384 . ПМИД 16740281 . S2CID 54332729 .
- ^ Ньюман, Д.Г. (1987). «Использование нор и плотность населения Туатары ( Sphenodon punctatus ) и то, как на них влияют сказочные прионы ( Pachyptila turtur ) на острове Стивенс, Новая Зеландия». Герпетологика . 43 (3): 336–344. JSTOR 3892500 .
- ^ Эманн, Х; Лебедь, Г; Лебедь, Г; Смит, Б. (1991). «Гнездование, инкубация яиц и вылупление верескового варана Varanus rosenbergi в термитнике». Герпетофауна . 21 : 17–24.
- ^ Кнапп, Чарльз Р.; Оуэнс, Одри К. (2008). «Гнездовое поведение и использование термитариев игуаной Андрос ( Cyclura cychlura cychlura )». Журнал герпетологии . 42 : 46–53. дои : 10.1670/07-098.1 . S2CID 86221541 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Коркери, Ильза; Белл, Бен Д.; Нельсон, Никола Дж. (март – апрель 2014 г.). «Исследование клептотермии: ассоциация рептилий и морских птиц с термическими преимуществами». Физиологическая и биохимическая зоология . 87 (2): 216–221. дои : 10.1086/674566 . ISSN 1522-2152 . ПМИД 24642539 . S2CID 37387863 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Ду, Вэй-Го; Чжао, Бо; Чен, Е; Шайн, Ричард (2011). «Поведенческая терморегуляция эмбрионов черепах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (23). Национальная академия наук: 9513–5. Бибкод : 2011PNAS..108.9513D . дои : 10.1073/pnas.1102965108 . OCLC 811394739 . ПМК 3111322 . ПМИД 21606350 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Купер, Брэндон С. (2010). «Эволюция тепловой физиологии эндотермических животных» . Границы бионауки . Е2 (3): 861–881. дои : 10.2741/e148 . ISSN 1945-0494 . ПМИД 20515760 .
- ^ Перейти обратно: а б Орнстон, LN (25 января 2003 г.). Эволюция регуляторных механизмов у бактерий (Доклад). Форт Бельвуар, Вирджиния. дои : 10.21236/ada417800 . Архивировано из оригинала 28 апреля 2023 г. Проверено 28 апреля 2023 г.
{{cite report}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с д и Беннетт, А.; Рубен, Дж. (9 ноября 1979 г.). «Энотермия и активность у позвоночных». Наука . 206 (4419): 649–654. Бибкод : 1979Sci...206..649B . дои : 10.1126/science.493968 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 493968 .