La diversitat de vida al nostre planeta és sorprenent per la seva escala. Estudis recents de científics canadencs donen una xifra de 8,7 milions d'espècies d'animals, plantes, fongs i microorganismes que habiten el nostre planeta. A més, només se'n descriuen al voltant del 20%, i es tracta d'1,5 milions d'espècies que ens coneixem. Els organismes vius han poblat tots els nínxols ecològics del planeta. No hi ha cap lloc dins de la biosfera on no hi hauria vida. A les obertures dels volcans i al cim de l'Everest, a tot arreu trobem vida en les seves diverses manifestacions. I, sens dubte, la natura deu aquesta diversitat i distribució a l'aparició en el procés d'evolució del fenomen de la sang calenta (organismes homeotèrmics).
El límit de la vida és la temperatura
La base de la vida és el metabolisme del cos, que depèn de la velocitat i la naturalesa dels processos químics. PERÒaquestes reaccions químiques només són possibles en un interval de temperatura determinat, amb els seus propis indicadors i durada d'exposició. Per a un nombre més gran d'organismes, els indicadors límit del règim de temperatura del medi ambient es consideren de 0 a +50 graus centígrads.
Però aquesta és una conclusió especulativa. Seria més precís dir que els límits de temperatura de la vida seran aquells en què no hi hagi desnaturalització de les proteïnes, així com canvis irreversibles en les característiques col·loïdals del citoplasma de les cèl·lules, una violació de l'activitat dels enzims vitals. I molts organismes han desenvolupat sistemes enzimàtics altament especialitzats que els han permès viure en condicions molt més enllà d'aquests límits.
Classificació ambiental
Els límits de les temperatures òptimes de vida determinen la divisió de les formes de vida al planeta en dos grups: criòfils i termòfils. El primer grup prefereix el fred per a tota la vida i està especialitzat per a la vida en aquestes condicions. Més del 80% de la biosfera del planeta són regions fredes amb una temperatura mitjana de +5 °C. Aquestes són les profunditats dels oceans, els deserts de l'Àrtic i l'Antàrtida, la tundra i les terres altes. Les adaptacions bioquímiques proporcionen una major resistència al fred.
El sistema enzimàtic dels criòfils redueix eficaçment l'energia d'activació de les molècules biològiques i manté el metabolisme a la cèl·lula a una temperatura propera als 0 °C. Al mateix temps, les adaptacions van en dues direccions: en l'adquisició de resistència (oposició) o tolerància (resistència) al fred. El grup ecològic dels termòfils són organismes òptims perles vides dels quals són zones de temperatures elevades. La seva activitat vital també ve proporcionada per l'especialització d'adaptacions bioquímiques. Val a dir que amb la complicació de l'organització del cos, la seva capacitat de termofília disminueix.
Temperatura corporal
L'equilibri de calor en un sistema viu és la totalitat de la seva entrada i sortida. La temperatura corporal dels organismes depèn de la temperatura ambient (calor exògena). A més, un atribut obligatori de la vida és la calor endògena, un producte del metabolisme intern (processos oxidatius i descomposició de l'àcid trifosfòric d'adenosina). L'activitat vital de la majoria de les espècies del nostre planeta depèn de la calor exògena, i la seva temperatura corporal depèn del curs de les temperatures ambientals. Es tracta d'organismes poiquilotèrmics (poikilos - diversos), en els quals la temperatura corporal és variable.
Els poikiloterms són tots microorganismes, fongs, plantes, invertebrats i la majoria de cordats. I només dos grups de vertebrats -ocells i mamífers- són organismes homoiotèrmics (homoios - similars). Mantenen una temperatura corporal constant, independentment de la temperatura ambient. També s'anomenen animals de sang calenta. La seva principal diferència és la presència d'un potent flux de calor intern i un sistema de mecanismes termoreguladors. Com a resultat, en els organismes homoiotèrmics, tots els processos fisiològics es duen a terme a temperatures òptimes i constants.
Vertader i fals
Alguns poiquilotermsorganismes com els peixos i els equinoderms també tenen una temperatura corporal constant. Viuen en condicions de temperatures externes constants (les profunditats de l'oceà o les coves), on la temperatura ambient no canvia. S'anomenen organismes falsament homoiotèrmics. Molts animals que experimenten hibernació o letargo temporal tenen temperatures corporals fluctuants. Aquests organismes realment homoiotèrmics (exemples: marmotes, ratpenats, eriçons, vencessos i altres) s'anomenen heterotèrmics.
Estimada aromorfosi
L'aparició de l'homiotèrmia en els éssers vius és una adquisició evolutiva que consumeix molt energia. Els estudiosos encara discuteixen sobre l'origen d'aquest canvi progressiu en l'estructura, que va provocar un augment del nivell d'organització. S'han proposat moltes teories sobre l'origen dels organismes de sang calenta. Alguns investigadors admeten que fins i tot els dinosaures podrien tenir aquesta característica. Però amb tots els desacords dels científics, una cosa és segura: l'aparició d'organismes homoiotèrmics és un fenomen bioenergètic. I la complicació de les formes de vida s'associa amb la millora funcional dels mecanismes de transferència de calor.
Compensació de temperatura
La capacitat d'alguns organismes poiquilotèrmics de mantenir un nivell constant de processos metabòlics en una àmplia gamma de canvis en la temperatura corporal ve proporcionada per adaptacions bioquímiques i s'anomena compensació de temperatura. Es basa en la capacitat d'alguns enzims de canviar la seva configuració amb la disminució de la temperatura i augmentar la seva afinitat amb el substrat, augmentant la velocitat de les reaccions. Per exemple, en els musclos bivalvesAl mar de Barents, el consum d'oxigen no depèn de les temperatures ambientals, que oscil·len entre els 25 °C (+5 i +30 °C).
Formes intermèdies
Els biòlegs evolucionistes han trobat els mateixos representants de les formes de transició de mamífers poiquilotèrmics a mamífers de sang calenta. Biòlegs canadencs de la Universitat Brock han descobert la sang calenta estacional al tegu blanc i negre argentí (Alvator merianae). Aquest llangardaix de gairebé metre viu a Amèrica del Sud. Com la majoria dels rèptils, el tegu pren el sol durant el dia i s'amaga en caus i coves a la nit, on es refreda. Però durant l'època de reproducció de setembre a octubre, la temperatura del tegu, la freqüència respiratòria i el ritme de les contraccions del cor al matí augmenten bruscament. La temperatura corporal d'una sargantana pot superar en deu graus la temperatura d'una cova. Això demostra la transició de les formes d'animals de sang freda a animals homoiotèrmics.
Mecanismes de termoregulació
Els organismes homoiotèrmics treballen sempre per garantir el funcionament dels principals sistemes - circulatori, respiratori, excretor - generant un mínim de producció de calor. Aquest mínim produït en repòs s'anomena metabolisme basal. La transició a l'estat actiu en animals de sang calenta augmenta la producció de calor i necessiten mecanismes per augmentar la transferència de calor per evitar la desnaturalització de proteïnes.
El procés d'aconseguir un equilibri entre aquests processos ve proporcionat per la termoregulació química i física. Aquests mecanismes proporcionen protecció als organismes homoiotèrmics de les baixes temperatures isobreescalfament. Els mecanismes per mantenir una temperatura corporal constant (termoregulació química i física) tenen diferents fonts i són molt diversos.
Termregulació química
Com a resposta a una disminució de la temperatura ambiental, els animals de sang calenta augmenten reflexivament la producció de calor endògena. Això s'aconsegueix augmentant els processos oxidatius, especialment en els teixits musculars. La contracció muscular no coordinada (tremolor) i el to termoregulador són les primeres etapes de l'augment de la producció de calor. Al mateix temps, augmenta el metabolisme dels lípids i el teixit adipós esdevé la clau per a una millor termoregulació. Els mamífers en un clima fred fins i tot tenen greix marró, tota la calor de l'oxidació del qual va a escalfar el cos. Aquesta despesa energètica requereix que l'animal consumeixi una gran quantitat d'aliment o que disposi de reserves importants de greix. Amb la manca d'aquests recursos, la termoregulació química té els seus límits.
Mecanismes de termoregulació física
Aquest tipus de termoregulació no requereix costos addicionals per a la generació de calor, sinó que es realitza conservant la calor endògena. Es realitza per evaporació (suor), radiació (radiació), conducció de calor (conducció) i convecció de la pell. Els mètodes de termoregulació física s'han desenvolupat al llarg de l'evolució i són cada cop més perfectes quan s'estudien les sèries filogenètiques des d'insectívors i ratpenats fins a mamífers.
Un exemple d'aquesta regulació és l'estrenyiment o l'expansió dels capil·lars sanguinis de la pell, que canviaconductivitat tèrmica, propietats d'aïllament tèrmic de pells i plomes, intercanvi de calor a contracorrent de la sang entre els vasos superficials i els vasos dels òrgans interns. La dissipació de la calor està regulada per la inclinació del pèl i les plomes de la pell, entre les quals es manté un espai d'aire.
En els mamífers marins, el greix subcutani es distribueix per tot el cos, protegint l'endocalor. Per exemple, a les foques, aquesta bossa de greix arriba fins al 50% del pes total. És per això que la neu no es fon sota les foques que es troben sobre el gel durant hores. Per als animals que viuen en climes càlids, una distribució uniforme del greix corporal a tota la superfície del cos seria fatal. Per tant, el seu greix només s'acumula en determinades parts del cos (la gepa d'un camell, la cua de greix d'una ovella), cosa que no impedeix l'evaporació de tota la superfície del cos. A més, els animals del clima fred del nord tenen un teixit adipós especial (greix marró), que s'utilitza completament per escalfar el cos.
Més al sud: orelles més grans i cames més llargues
Les diferents parts del cos estan lluny de ser equivalents en termes de transferència de calor. Per mantenir la transferència de calor, la relació entre la superfície corporal i el seu volum és important, perquè el volum de calor interna depèn de la massa del cos, i la transferència de calor es produeix a través dels teguments. Les parts que sobresurten del cos tenen una gran superfície, que és bona per als climes càlids, on els animals de sang calenta necessiten molta transferència de calor. Per exemple, les orelles grans amb molts vasos sanguinis, extremitats llargues i una cua són típiques per als residents d'un clima càlid (elefant, guineu fennec, africana).jerboa d'orelles llargues). En condicions de fred, l'adaptació segueix el camí d'estalvi d'àrea a volum (orelles i cua de foca).
Hi ha una altra llei per als animals de sang calenta: com més al nord viuen els representants d'un grup filogenètic, més grans són. I això també està relacionat amb la relació entre el volum de la superfície d'evaporació i, en conseqüència, la pèrdua de calor i la massa de l'animal.
Etologia i transferència de calor
Les característiques del comportament també tenen un paper important en els processos de transferència de calor, tant per als animals poiquilotèrmics com per als homeotèrmics. Això inclou canvis de postura, i la construcció de refugis, i diverses migracions. Com més gran sigui la profunditat del forat, més suau serà el curs de les temperatures. Per a latituds mitjanes, a una profunditat d'1,5 metres, les fluctuacions estacionals de la temperatura són imperceptibles.
El comportament del grup també s'utilitza per a la termoregulació. Així doncs, els pingüins s'agrupen, s'aferran fortament els uns als altres. Dins del munt, la temperatura és propera a la temperatura corporal dels pingüins (+37 ° C) fins i tot a les gelades més severes. Els camells fan el mateix: al centre del grup la temperatura és d'uns +39 °C i la pell dels animals més externs es pot escalfar fins a +70 °C.
La hibernació és una estratègia especial
L'estat tòrpid (estupor) o la hibernació són estratègies especials d'animals de sang calenta que permeten utilitzar els canvis de temperatura corporal amb finalitats adaptatives. En aquest estat, els animals deixen de mantenir la temperatura corporal i la redueixen gairebé a zero. La hibernació es caracteritza per una disminució de la taxa metabòlica iconsum dels recursos acumulats. Aquest és un estat fisiològic ben regulat, quan els mecanismes de termoregulació canvien a un nivell més baix: la freqüència cardíaca disminueix (per exemple, en un liró de 450 a 35 batecs per minut), el consum d'oxigen disminueix de 20 a 100 vegades..
El despertar requereix energia i es produeix per autoescalfament, que no s'ha de confondre amb l'estupor dels animals de sang freda, on es produeix per una disminució de la temperatura ambient i és un estat no regulat pel propi cos (despertar). es produeix sota la influència de factors externs).
L'estupor també és un estat regulat, però la temperatura corporal només baixa uns pocs graus i sovint acompanya els ritmes circadians. Per exemple, els colibrís es tornen adormits a la nit quan la seva temperatura corporal baixa de 40 °C a 18 °C. Hi ha moltes transicions entre el letargo i la hibernació. Així, tot i que anomenem el somni dels óssos a la hibernació hivernal, de fet, el seu metabolisme disminueix lleugerament i la seva temperatura corporal només cau entre 3 i 6 ° C. És en aquest estat que l'óssa dóna a llum cadells.
Per què hi ha pocs organismes homoiotèrmics al medi aquàtic
Entre els hidrobionts (organismes que viuen al medi aquàtic) hi ha pocs representants dels animals de sang calenta. Les balenes, els dofins i les foques són animals aquàtics secundaris que han tornat al medi aquàtic des de la terra. La sang calenta s'associa principalment amb un augment dels processos metabòlics, la base dels quals són les reaccions d'oxidació. I l'oxigen té un paper important aquí. I, com sabeu, aen el medi aquàtic, el contingut d'oxigen no és superior a l'1% en volum. La difusió d'oxigen a l'aigua és milers de vegades menor que a l'aire, la qual cosa la fa encara menys disponible. A més, amb l'augment de la temperatura i l'enriquiment de l'aigua amb compostos orgànics, el contingut d'oxigen disminueix. Tot això fa que l'existència d'un gran nombre d'organismes de sang calenta en el medi aquàtic sigui energèticament desfavorable.
Pros i contres
El principal avantatge dels animals de sang calenta sobre els de sang freda és la seva voluntat d'actuar independentment de la temperatura ambient. Aquesta és una oportunitat per suportar temperatures nocturnes properes a la congelació i el desenvolupament dels territoris del nord de la terra.
El principal inconvenient de la sang calenta és l'elevat consum d'energia per mantenir una temperatura corporal constant. I la principal font d'això és el menjar. Un lleó de sang calenta necessita deu vegades més menjar que un cocodril de sang freda del mateix pes.
