Stałocieplność
Stałocieplność (homeotermia, homojotermia) jest strategią adaptacyjną zwierząt polegającą na ciągłej (bądź długookresowej) zdolności do utrzymywania stałej temperatury ciała niezależnie od warunków panujących w środowisku zewnętrznym dzięki mechanizmom termoregulacji oraz dodatkowej produkcji ciepła (termogeneza).Stałocieplność występuje u dwóch gromad kręgowców – ptaków i ssaków, z wyjątkiem niezdolnego do termoregulacji gryzonia – golca piaskowego (Heterocephalus glaber). Uważa się, że stałocieplność pojawiła się w filogenezie w jurze i cechę tę posiadały już niektóre dinozaury, pterozaury oraz gady ssakokształtne.
Stałocieplność umożliwia zwierzętom stałocieplnym utrzymywanie temperatury ciała wyższej niż temperatura otoczenia – temperatura ciała ptaków wynosi ok. 40°C, temperatura ciała ssaków – ok. 37°C. Dzięki tej zdolności zwierzęta te mogą zasiedlać obszary o niekorzystnym klimacie oraz utrzymywać aktywność w różnych porach roku oraz doby. Stałocieplność wiąże z wysokim tempem przemiany materii (metabolizmu) i dużymi wydatkami energetycznymi, co przekłada się na bardzo duże zapotrzebowanie pokarmowe zwierząt stałocieplnych. Zwierzęta te cechują się ponadto dobrze rozwiniętymi termoizolacyjnymi pokrywami ciała – piórami u ptaków i sierścią u ssaków oraz obecnością podskórnej tkanki tłuszczowej.
Wykres przedstawiający różnicę pomiędzy zwierzętami stałocieplnymi i zwierzętami zmiennocieplnymi. Temperatura ciała myszy (organizmu stałocieplnego) jest niezależna od temperatury otoczenia; temperatura ciała jaszczurki (organizmu zmiennocieplnego) w dużym stopniu zależy od temperatury otoczenia, fot. wikimedia.org
Termoregulacja
Mechanizmy termoregulacji są procesami umożliwiającymi utrzymanie stałej temperatury ciała (homeostazy termicznej organizmu) niezależnie od warunków panujących w środowisku zewnętrznym. Odbywa się to na drodze regulacji wytwarzania i wydatkowania ciepła, czyli utrzymywaniu równowagi pomiędzy ilością ciepła wytworzonego w organizmie, ilością ciepła pobieranego z otoczenia oraz ilością ciepła oddanego na zewnątrz organizmu. Źródłem ciepła są reakcje metaboliczne zachodzące w organizmie oraz promieniowanie słoneczne; utrata ciepła jest wynikiem przewodzenia, konwekcji, wypromieniowania oraz parowania wody z organizmu przez powierzchnię ciała.Za utrzymanie stałej temperatury ciała u zwierząt stałocieplnych odpowiedzialny jest ośrodek termoregulacji znajdujący się w przedniej części podwzgórza:
- podwyższona temperatura krwi pobudza termoreceptory w ośrodku termoregulacji, czego wynikiem jest utrata ciepła poprzez rozszerzenie naczyń krwionośnych, pocenie się, przyspieszona praca serca, pogłębienie oddechów oraz pobudzenie ośrodków hamujących drżenie mięśni;
- obniżona temperatura krwi hamuje termoreceptory w ośrodku termoregulacji, czego wynikiem jest zwiększenie produkcji ciepła i zmniejszenie jego utraty wskutek zwężenia naczyń krwionośnych, stymulacji drżenia mięśni (termogeneza drżeniowa), wzrost szybkości metabolizmu komórek mięśni szkieletowych i komórek tkanki tłuszczowej (przy udziale noradrenaliny wydzielanej prze układ współczulny), przyspieszenia spalania glukozy w wątrobie i mięśniach szkieletowych (przy udziale adrenaliny wydzielanej przez rdzeń nadnerczy) oraz wzrostu metabolizmu wewnątrzkomórkowego organizmu (przy udziale tyreoliberyny wydzielanej przez podwzgórze, tyreotropiny wydzielanej przez przysadkę mózgową oraz hormonów tarczycy - trójjodotyroniny i tyroksyny).
Wyróżnia się następujące rodzaje mechanizmów termoregulacyjnych:
- termoregulacja fizyczna – obejmuje regulację temperatury ciała poprzez procesy fizyczne – przewodzenie, konwekcję, promieniowanie oraz parowanie wody przez powierzchnię ciała organizmu;
- termochemoregulacja – obejmuje regulację temperatury ciała poprzez wzrost aktywności ruchowej bądź mięśniowej, z czym wiąże się wzrost szybkości procesów biochemicznych wytwarzających ciepło;
- termoregulacja etologiczna (behawioralna) – obejmuje regulację temperatury ciała poprzez określone zachowania (poszukiwanie kryjówek, chłodzenie się w wodzie, zanurzanie się w błocie, stroszenie piór u ptaków, stroszenie sierści u ssaków) bądź przyjmowanie określonej postawy ciała (zwijanie się w kłębek i kulenie się przy niskich temperaturach; układanie się w pozycji wyciągniętej przy wysokich temperaturach);
- termoregulacja socjalna – obejmuje regulację temperatury ciała (podwyższanie temperatury, ograniczanie oddawania ciepła) poprzez zbieranie się zwierząt w większe grupy, w których osobniki ściśle do siebie przylegają.
Parowanie wody z powierzchni skóry przez gruczoły potowe stanowi jeden z mechanizmów termoregulacji fizycznej, fot. shutterstock
Endotermia
Endotermia jest zdolnością zwierząt stałocieplnych do metabolicznej produkcji ciepła (termogenezy) w celu utrzymania temperatury ciała wyższej od temperatury otoczenia. Termogeneza obejmuje procesy fizjologiczne, reakcje metaboliczne oraz mechanizmy behawioralne prowadzące do wytworzenia i utrzymania optymalnej dla danego organizmu temperatury ciała.Termogeneza drżeniowa (dreszczowa) jest metabolicznym procesem wytwarzania ciepła u zwierząt stałocieplnych, polegającym na wytwarzaniu ciepła dzięki nieskoordynowanym skurczom pęczków włókien mięśniowych w mięśniach szkieletowych (mięśni karku i żeber). W procesie tym biorą również udział tkanki metabolizujące, takie jak tkanki wątroby i mózgu.
Termogeneza bezdrżeniowa (bezdreszczowa) jest metabolicznym procesem wytwarzania ciepła u ssaków, polegającym na enzymatycznej reakcji utleniania tłuszczu w brunatnej tkance tłuszczowej, podczas której powstająca energia zostaje w całości wykorzystana do produkcji ciepła (nie powstaje ATP). Termogeneza drżeniowa występuje przede wszystkim u noworodków i zanika stopniowo z wiekiem.
Zwierzęta stałocieplne dzięki zdolności do utrzymywania stałej ciepłoty ciała zasiedlają obszary o bardzo zmiennych warunkach klimatycznych, fot. shutterstock
Bibliografia
- Aulay Mackenzie, Andy S. Ball, Sonia R. Virdee; “Ekologia. Krótkie wykłady”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015;
- Grażyna Łabno; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006.;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. X, ”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 2000.;
- Pat Willmer, Graham Stone, Ian Johnston; “Environmental Physiology of Animal”; John Wiley and Sons Ltd, 2004.;
- Knut Schmidt-Nielsen; “Fizjologia zwierząt: adaptacja do środowiska”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008.;
- promil
