Терморегуляция.

Гомеостаз включает поддержание не только постоянства состава жидкостей организма, но и их температуры. Большинство ферментов работает достаточно эффективно лишь при некоторой оптимальной для них или близкой к ней температуре, и поэтому тело всегда должно оставаться теплым, но не слишком.

Все организмы вырабатывают тепло в результате происходящих в них химических реакций, в совокупности называемых метаболизмом. У млекопитающих и птиц метаболические реакции протекают с высокой скоростью, и это позволяет им поддерживать высокую температуру тела. Высокая скорость метаболизма требует больших количеств кислорода, используемого в клеточном дыхании. Для обеспечения быстрой доставки кислорода ко всем клеткам у птиц и млекопитающих имеются разного рода приспособления: обширная дыхательная поверхность легких, где происходит поглощение кислорода; огромное число эритроцитов, переносящих кислород; высокое кровяное давление, нагнетающее богатую кислородом кровь в капилляры. Когда нормального метаболизма оказывается недостаточно для обеспечения необходимого организму количества тепла, центральная нервная система вызывает особые мышечные сокращения, и мы начинаем «дрожать от холода». Это повышает интенсивность метаболизма, а тем самым и теплообразование в мышцах.
Млекопитающие и птицы обладают специальными приспособлениями не только для образования тепла, но и для его сохранения. Тело млекопитающих покрыто шерстью (мехом), а тело птиц-перьями, и под кожей у них имеется слой жировой ткани (рис. 22.26). У человека по сравнению с другими млеко-

питающими волосяной покров развит слабо, и мы компенсируем этот недостаток теплой одеждой. Для того чтобы сохранять тепло, одежда должна быть сухой, поскольку влага при высыхании поглощает большое количество выделяемого телом тепла.
Кровеносная система также участвует в сохранении тепла. При переохлаждении нервная система посылает импульсы, вызывающие сужение кровеносных сосудов кожи. Это уменьшает приток крови к поверхности тела, где она отдавала бы тепло в окружающую среду. Выступающие части тела-конечности, нос, уши-часто бывают тонкими и имеют обтекаемую форму; кроме того, в них почти отсутствует подкожный жировой слой, но тем не менее они должны снабжаться кровью. Кровеносные сосуды в конечностях часто располагаются вплотную друг к другу и могут работать по принципу противоточного теплообменника: кровь, поступающая от сердца, отдает свое тепло крови, возвращающейся в сердце. Таким образом, поступающая в конечности кровь предварительно охлаждается и отдает в воздух сравнительно мало тепла, а кровь, возвращающаяся во внутренние участки организма, нагревается почти до температуры этих участков (рис. 22.27).
Нервная система млекопитающих и пгиц функционирует лишь в узком интервале температур. Кроме того, если нервная ткань лишена кислорода, то она быстро отмирает. Ввиду таких высоких запросов головной мозг должен быть обеспечен постоянным притоком теплой крови независимо от температуры окружающей среды. В холодную погоду важно держать голову в тепле, поскольку голова-это основной потенциальный источник потерь тепла. Может быть именно поэтому на голове у человека сохранился волосяной покров, тогда как на теле в процессе эволюции он был утрачен.
При повышении температуры тела выше нормальной включаются различные физиологические механизмы, увеличивающие теплоотдачу в основном двумя способами: во-первых, возрастает приток крови к коже и в результате увеличивается теплоотдача путем излучения тепла; во-вторых, что более важно, большинство птиц и млекопитающих используют для охлаждения организма испарение, поскольку вода, переходя из жидкого состояния в газообраз

ное, поглощает" большое количество тепла. У человека при перегреве влага выделяется через кожу в виде пота. Затем содержащаяся в поте вода испаряется, охлаждая тело. Другие млекопитающие и птицы достигают той же цели посредством тепловой одышки - учащенного неглубокого дыхания, увеличивающего испарение со слизистой верхних дыхательных путей. Кроме того, они изменяют положение перьев или шерсти с тем, чтобы усилить приток воздуха к поверхности кожи и таким образом усилить теплоотдачу.
Разговорный термин «теплокровные» примерно соответствует научному термину гомойотермные (homeo - одинаковый, therm - тепло) и применяется к птицам и млекопитающим, т.

е. животным, всегда поддерживающим Постоянную температуру тела. Разговорное «холоднокровные» примерно соответствует научному пойкилотермные (poikilo изменяющийся), применяемому к животным, температура тела которых изменяется с изменением температуры окружающей среды. Путаница возникает из-за того, что большинство людей считает всех животных, кроме птиц и млекопитающих, пойки- лотермными, а это неверно. Основную часть пойкилотермных животных составляют водные беспозвоночные. Большинство из них, начиная от медуз, обитающих в тропических морях с температурой около 20°С, и кончая раками, населяющими северные водоемы, температура которых меняется от 4 С зимой до 20 С летом, хорошо переносят колебания температуры, характерные для их среды. По мере того как при переходе от зимы к лету температура воды повышается, некоторые из этих животных синтезируют новый набор ферментов, которые активны при более высокой температуре. Большинство рыб, земноводных и некоторые пресмыкающиеся также пойкилотермны, однако у большинства пресмыкающихся и у некоторых крупных рыб температура тела заметно выше температуры среды. То же самое относится к беспозвоночным: при сильном охлаждении тела пчелы гибнут, а у бабочек температура летательных мышц должна быть выше температуры человеческого тела. Из этого ясно, что провести четкую границу между пойкилотермными и го- мойотермными животными нелегко.
Животных можно классифицировать также по способу регуляции температуры тела. Зктотсрмиыми (ecto внешний) называют животных, которые поддерживают постоянную температуру тела в основном посредством поведенческих адаптаций, регулируя количество тепла, отдаваемого в окружающую среду. Так, например, пресмыкающиеся и насекомые любят погреться на солнышке (рис. 22.28,/4), а форель ищет воду похолоднее; в этих случаях теплообмен с окружающей средой изменяет температуру тела животного. Эндо- термпыми (endo - внутренний) называют животных, использующих в основном физиологические механизмы регуляции температуры тела. Большинство животных используют в той или иной мере как физиологические, так и поведенческие механизмы регуляции. Так, например, грызуны, обитающие в пустыне, собаки и человек, будучи преимущественно эндотермными, проявляют эктотермическое поведение, предпочитая в жаркий день оставаться в тени, тогда как многие эктотермные рыбы, земноводные и насекомые проявляют свойственную эндотермным животным способность вырабатывать и сохранять достаточно метаболического тепла для поддержания высокой температуры по крайней мере в некоторых частях тела почти все время.
На выработку метаболического тепла в количестве, достаточном для поддержания температуры тела при 40 С, требуется много энергии (поставляемой пищей и кислородом). С эволюционной точки зрения бессмысленно поддерживать температуру тела на уровне, необходимом для сохранения активного

полдень птенец чайки прячется от солнца в тени, отбрасываемой родительской особью.
образа жизни, в такие периоды, когда нельзя встретить ни хищников, ни добычи, ни потенциальных брачных партнеров: и в самом деле многие животные экономят энергию, допуская сильное понижение температуры тела в эти периоды. Так, например, многие наземные беспозвоночные, земноводные, пресмыкающиеся, колибри и мелкие млекопитающие ежедневно на некоторое время впадают в оцепенение: животное перестает двигаться и температура его тела изменяется вместе с температурой окружающего воздуха.
Поскольку температура тела у млекопитающих и птиц обычно выше температуры окружающего воздуха, они теряют тепло через поверхность тела. Такая теплоотдача относительно сильнее у мелких эндотермных животных, поскольку у них больше отношение поверхности тела, отдающей тепло, к объему5 тела, в котором тепло вырабатывается. Для того чтобы мелкое эн- дотермное животное, например землеройка или колибри, могло произвести необходимое количество тепла, оно должно ежедневно съедать количество пищи, превосходящее по весу его собственный вес, а промежутки между кормежками не должны превышать нескольких часов; в противном случае эти животные погибают от голода. Понижение температуры тела в периоды оцепенения позволяет ему несколько сократить расход энергетических ресурсов. Зимней и летней спячкой называют более длительные периоды, в течение которых температура тела животного понижена.

<< | >>

Источник: Кемп П., Арме К.. Введение в биологию. 1988

Еще по теме Терморегуляция. :

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -