Підручник з Біології і екології. 11 клас. Соболь - Нова програма

Зміна температури дуже сильно позначається на багатьох фізіологічних процесах.

К. Шмідт-Нієльсон

§ 11. СПОСОБИ ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЇ ОРГАНІЗМІВ

Основні поняття й ключові терміни: ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ. Пойкілотермія. Гомойотермія.

Пригадайте! Яке значення температури як екологічного чинника?

Новини науки

За допомогою інфрачервоних теплових камер австралійські науковці виявили, що під час спеки сірі коали (Phascolarctos cinereus) спускалися по деревах нижче, де стовбури прохолодніші, й притискалися до них. У спеку, коли повітря прогрівалося до 39 °С, температура стовбурів була на 7 °С нижчою. Коали використовують стовбури як тепловий насос, що забирає надлишок тепла і є одним із механізмів фізичної терморегуляції. А якими є основні способи терморегуляції в організмів?

ЗМІСТ

Як відбувається терморегуляція тіла організмів?

ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ (від грец. термо - тепло і лат. regulo - впорядковую) - сукупність фізіологічних процесів, що підтримують температуру тіла організму відмінною від температури навколишнього середовища. Організми мають різноманітні способи терморегуляції, що дають змогу в певних межах регулювати температуру тіла. Різниця між температурами тіла й середовища у рослин, твариноподібних організмів, більшості безхребетних є незначною, а терморегуляція здійснюється зазвичай через прояви поведінки або випаровування. Наслідком власної терморегуляції у рослин є те, що їхні листки тепліші, аніж повітря за низької температури, і холодніші - за високої. Найдосконалішими є механізми терморегуляції птахів і ссавців, у яких температура тіла підтримується на майже сталому рівні. Розрізняють три основні способи терморегуляції - етологічний, фізичний і хімічний.

Етологічна (поведінкова) терморегуляція забезпечує регуляцію температури тіла через прояви поведінки. Основними способами терморегуляції є зміна пози та активний пошук сприятливих місць. У найпростіших така поведінка виражена простими нерефлекторними термотаксисами, у вищих тварин - складними формами рефлекторної індивідуальної (наприклад, риття нір), групової (наприклад, утворення скупчень у люті морози у пінгвінів), соціальної (наприклад, регуляція температури всередині гнізда у бджіл) та умовно-рефлекторної поведінки. Більшість комах, рептилій та амфібій активно відшукують освітлені сонцем місця для нагрівання тіла. Наприклад, прудка ящірка на сонці за 20-25 хв підвищує температуру до 33-37 °С.

Фізична терморегуляція - це сукупність фізичних процесів, спрямованих на зміну рівня тепловіддачі. Основними процесами такої терморегуляції є конвекція, випаровування, теплообмін та випромінювання. Прикладами екологічно вигідної й економної фізичної терморегуляції є транспірація в рослин, чудесна сітка (лат. rete mirabile) теплообмінників у зябрах деяких риб, рефлекторне розширення або звуження судин шкіри, потовиділення у ссавців, сезонні зміни теплоізолювальних властивостей пір'євого покриву птахів, товсті жирові прошарки у китів або тюленів та ін.

Хімічна терморегуляція - це сукупність хімічних процесів для активного збільшення теплоутворення у відповідь на зниження температури середовища. Основою є реакції біологічного окиснення та зміна рівня обміну речовин, що підвищує або знижує рівень утворення тепла в організмі. Хімічна терморегуляція вимагає значних затрат енергії. Проявами хімічної терморегуляції є виділення тепла під час м'язового тремтіння, теплоутворення в клітинах бурої жирової тканини.

Отже, основними способами регуляції температури тіла організмів є етологічна, фізична та хімічна терморегуляції.

Як виживають організми в умовах змінних температур?

Залежно від джерела тепла та ступеня розвитку механізмів терморегуляції у живій природі виокремлюють дві стратегії виживання організмів - пойкіло- й гомойотермію.

Іл. 19. Терморегуляторна поведінка плащоносної ящірки

Пойкілотермія (від грец. пойкілос - мінливий, термо - тепло) - це стратегія виживання організмів з несталою температурою тіла, що змінюється залежно від температури зовнішнього середовища і яка залежить від тепла, що надходить ззовні. Пойкілотермність властива всім мікроорганізмам, грибам, рослинам, безхребетним тваринам і значній частині хребетних (рибам, амфібіям, рептиліям) (іл. 19). Зовнішнє тепло ці організми отримують від сонячних променів, нагрітої води, повітря, навколишніх предметів. У них переважає поведінковий спосіб терморегуляції, що підтримує температуру тіла, яка зазвичай лише на 1-2 °С вища за температуру довкілля. Ряд пойкілотермних організмів має здатність до фізичної терморегуляції (наприклад, тепловіддача через слизові оболонки ротової порожнини у рептилій). Деякі види можуть утворювати внутрішнє тепло (наприклад, джмелі, метелики-бражники, пітони), але воно генерується внаслідок безпосередньої рухової активності. Загалом пойкілотермія не потребує додаткових енергетичних затрат і забезпечує активність організмів лише у вузькому діапазоні температур.

Гомойотермія (від грец. гомойос - однаковий, термо - тепло) - це стратегія виживання організмів зі сталою температурою тіла, яка не залежить від температури зовнішнього середовища, а залежить від тепла, що утворюється всередині. Гомойотермність властива птахам і ссавцям. Вони здатні підтримувати сталу оптимальну температуру тіла завдяки високому рівню окиснювальних процесів та еволюційному вдосконаленню кровоносної, дихальної та нервової систем. На відміну від пойкілотермних організмів для птахів й ссавців характернахімічна терморегуляція, що є потужним джерелом внутрішнього тепла.

У гомойотермних організмів наявні також різноманітні й досконаліші механізми фізичної та етологічної терморегуляції. Загалом гомойотермія забезпечує біологічну активність організмів у широкому діапазоні температур, але потребує значних енергетичних затрат на терморегуляцію.

Отже, основними стратегіями виживання організмів у температурних умовах, що змінюються, є пойкілотермія й гомойотермія.

Яке біологічне підґрунтя правил Бергмана та Аллена?

Іл. 20. Види ведмедів: 1 - білий (мешкає в арктичних широтах); 2 - очковий (живе у вологих гірських лісах Південної Америки)

Залежність розмірів і пропорцій тіла тварин у зв'язку із температурними умовами описують правила Бергмана та Аллена.

Правило німецького еколога Карла Бергмана (1814-1865) сформульоване ще у 1847 р. й відображає адаптацію тварин для підтримання сталої температури тіла за різних кліматичних умов: якщо два близькі види гомойотермних тварин відрізняються розмірами, то більший мешкає в холоднішому, а дрібніший - у теплішому кліматі. Поясненням цього правила є те, що у тварин теплоутворення залежить від маси (об'єму) тіла, а тепловіддача - від площі поверхні тіла (іл. 20).

Іл. 21. Види лисиць: 1 - полярна, або песець; 2 - звичайна; 3 - пустельна, або фенек

Американський зоолог Джоель Аллен (18381921) у 1877 р. помітив, що у багатьох ссавців і птахів Північної півкулі відносні розміри кінцівок та інших виступаючих частин тіла (хвостів, вух, дзьобів) збільшуються з поширенням на південь. Цю закономірність назвали правилом Аллена. Виступаючі частини тіла мають велику відносну поверхню, через яку відбувається посилена тепловіддача. Так, в арктичної лисиці морда, ноги, вуха, хвіст менші, аніж у звичайної лисиці, у якої, в свою чергу, розміри виступаючих частин менші, аніж у фенека (іл. 21).

Отже, біологічним підґрунтям правил Бергмана та Алена, що вказують на залежність розмірів гомойотермних тварин від температурних умов, є принцип взаємозв'язку між масою та поверхнею тіла.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею. Особливості терморегуляції різних груп організмів

За допомогою таблиці порівняйте стратегії виживання організмів у температурних умовах, що змінюються. Визначте особливості терморегуляції пойкіло- та гомойотермних організмів.

Ознака

Пойкілотермні організми

Гомойотермні організми

Джерело тепла

Етологічна терморегуляція

Фізична терморегуляція

Хімічна терморегуляція

Енергетичні затрати

Діапазон активності

Основні групи

Біологія + Екологія. Способи терморегуляції

Глибоководна риба опах звичайний (Lampris guttatus), або сонячна риба, має унікальну здатність до терморегуляції, подібної до такої у ссавців і птахів. Його температура тіла в середньому на 5 °С вища за температуру середовища. Така особливість дає змогу цим рибам конкурувати з іншими хижими мешканцями глибин океанів. У чому таємниця терморегуляції опаха? Як відбувається терморегуляція в цих риб?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Здоров'я. Загартовування й терморегуляція

Загартовування передбачає низку заходів, що підвищують стійкість організму до дій несприятливих чинників середовища, зокрема низьких або високих температур. Основні елементи загартовування - перебування на свіжому повітрі, водні процедури та сонячні ванни. Поясніть значення загартовування для ефективної терморегуляції в людини. Яким є ваше ставлення до підвищення адаптивного потенціалу шляхом загартовування?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1-6

1. Що таке терморегуляція? 2. Назвіть способи терморегуляції організмів. 3. Що таке пойкілотермія? 4. Що таке гомойотермія? 5. Як формулюється правило Бергмана? 6. У чому полягає суть правила Аллена?

7-9

7. Як відбувається терморегуляція тіла організмів? 8. Як виживають організми в умовах змінних температур? 9. Яке біологічне підґрунтя правил Бергмана та Аллена?

10-12

10. Поясніть значення загартовування для ефективної терморегуляції організму людини.