Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 38. Адаптації людини й тварин до жари й холоду

Поміркуйте

  • Чому в холодному кліматі жир у тварин розподіляється рівномірно під шкірою, а в жаркому кліматі жир запасається локально, в окремих частинах тіла (як-от у верблюдів, курдючних овець, зебу)?

Згадайте

  • Активність ферменту
  • Субстрати для енергетичного обміну

Адаптація людини до жари й холоду

Пристосування до холоду — найбільш складний вид кліматичної адаптації людини. Адаптації до жари в нас вироблені краще, ніж до холоду, тому що наші предки жили в умовах теплого клімату, і в процесі еволюції відбувалася адаптація до тепла. Перша реакція організму на вплив холоду спрямована на зменшення тепловтрат. Рефлекторно звужуються кровоносні судини шкіри, і це зменшує тепловіддачу. Окрім цього, кровоток перерозподіляється до внутрішніх органів, що допомагає підтримувати їхню температуру. Також організм посилює продукцію тепла через посилення обміну речовин. Особливо активується катаболізм ліпідів і вуглеводів, у процесі розпаду яких виділяється багато енергії. Якщо тепловтрати не компенсуються, починається тремтіння — мимовільне скорочення підшкірних м'язів, енергія якого перетворюється на тепло.

Мал. 38.1. Пропорції тіла людини в різних кліматичних умовах: а — Африка, б — Аляска

Механізми адаптації до перегрівання спрямовані, навпаки, на збільшення тепловіддачі й зниження теплопродукції. Насамперед відбувається розширення кровоносних судин шкіри, і через шкіру організм віддає в навколишнє середовище надлишок тепла. У той час, як температура середовища підвищується, ефективність цього механізму тепловіддачі знижується. Якщо температура перевищує +30 °С, провідним стає потовиділення. Волога, що випаровується з поверхні тіла й дихальних шляхів, охолоджує організм.

У людини, яка багаторазово контактує з холодом, виробляються довготривалі захисні механізми. Наприклад, у жителів північних регіонів підвищений газообмін, високий уміст холестерину й жирних кислот у сироватці крові, стовщений шар підшкірного жиру. Інтенсивність обміну речовин у них підвищено на 10-15 %. В ескімосів це перевищення становить 15-30 %, до того ж основну масу їхнього раціону становлять білки й жири.

Морфологічною адаптацією до клімату є різна статура корінних жителів холодних і жарких місцевостей (мал. 38.1). Довгі кінцівки збільшують площу поверхні тіла, тож збільшується тепловіддача. Невисокий зріст, короткі кінцівки, розвинений шар підшкірного жиру запобігають зайвим тепловтратам.

Крім того, люди пристосовуються до холодного й жаркого клімату за рахунок особливостей поведінки, одягу, конструкції житла, харчування.

Адаптації тварин до холоду

Фізична терморегуляція у тварин здійснюється завдяки особливим анатомічним і морфологічним рисам їхньої будови.

Дізнайтеся більше

Людина під час сильної жари може виділити до 12 л поту за день, розсіюючи тепло в десять разів більше за норму.

Густе хутро ссавців, пір'яний і пуховий покриви тіла птахів дозволяють зберігати навколо тіла прошарок повітря і зменшує тепловіддачу. У тварин, що мешкають у холодних кліматичних умовах, розвинений підшкірний прошарок жиру, бо жир — гарний теплоізолятор.

Багато тварин здатні підтримувати оптимальну температуру тіла за рахунок роботи м'язів. Наприклад, джмелі розігрівають тіло спеціальними м'язовими скороченнями, бджоли посиленно махають крилами, щоб збільшити температуру у вулику. Таке підтримання температури потребує великих витрат енергії, тому тварини потребують більшої кількості їжі. У разі нестачі їжі взимку такий тип терморегуляції невигідний.

Деякі тварини зимою впадають у сплячку. Під час сплячки всі хімічні процеси в організмі сповільнюються і потреба в їжі зменшується.

Існують і біохімічні адаптації до низьких температур. Наприклад, пойкілотермні тварини пристосовані до підтримання постійного рівня обміну незалежно від температури. Це забезпечується ферментами, які в разі зниження температури змінюють конформацію, і реакції відбуваються активніше. Також одні ферменти можуть заміщуватися іншими, що працюють за низьких температур. Такі адаптації потребують часу, оскільки відбуваються на рівні генетичної регуляції: інактивуються одні гени й активуються інші.

Мал. 38.2. Ящірки стрімко перебігають гарячі поверхні, зменшуючи контакт із ґрунтом

Тварини краще витримують вплив негативних температур тоді, коли в їхньому тілі менше води. Бо за негативних температур вода перетворюється на лід. Тому зимою відносний уміст води в тілі пойкілотермних тварин зменшується. Деякі тварини накопичують у біологічних рідинах антифризи — речовини, що знижують температуру замерзання розчинів. Наприклад, у багатьох полярних комах у гемолімфі дуже високий рівень гліцеролу, тому вони витримують температуру нижче за -10 °С. В арктичних риб спостерігається висока концентрація солей у плазмі крові, що також знижує температуру замерзання.

Адаптація тварин до перегріву

Ефективним механізмом зниження температури тіла є випаровування шляхом потовиділення або крізь вологі слизові оболонки порожнини рота і верхніх дихальних шляхів. У собаки випаровування здійснюється тільки через слизові оболонки рота. До того ж частота його дихання сягає 300-400 вдихів на хвилину. Багато рептилій за критичних температур важко дихають або тримають рот відкритим. Бджоли, що літають у жарку погоду, виділяють із рота краплю рідини, випар якої видаляє надлишок тепла.

Збільшення поверхні тіла забезпечує інтенсивнішу віддачу тепла в навколишнє середовище. Як правило, поверхня тіла у ссавців — мешканців жарких регіонів — збільшується за рахунок більш довгих вух, хвостів, кінцівок.

У сильну жару тварини ховаються в тіні, норах, щілинах. У пустелях удень деякі види ящірок і змій зариваються в менш нагріті шари піску (мал. 38.2).

Ключова ідея

Кліматичні адаптації тварин і людини спрямовані на регуляцію тепловіддачі й рівня основного обміну. На внутрішньоклітинному рівні адаптуються властивості цитоплазми й температурний діапазон активності ферментів.

Запитання та завдання

1. Чому тепловіддача з поверхні шкіри людини неефективна для терморегуляції за температури навколишнього середовища вище 36 °С? 2. Наскільки ефективним для терморегуляції буде потовиділення у вологих тропіках? 3. Як люди адаптуються до холодного й жаркого клімату за рахунок харчування? 4. Поясніть, чому люди, пристосовані до різних кліматичних умов, мають різні пропорції тіла? 5. Подумайте, як тварини можуть використовувати житло й притулок для терморегуляції.