Способы терморегуляции у млекопитающих

Терморегуляция у млекопитающих и её регуляция

• Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма.

• Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нейроэндокринными механизмами.

• Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую.

• Производство тепла неотделимо от самой основы жизни. Согласно второму началу термодинамики при любом превращении энергии (в том числе и в живом организме) часть ее превращается в тепло. Наиболее важные физиологические процессы, служащие источниками тепла в теле гомойотермного животного, таковы:

• (1) основной обмен,

• (2) поддержание позы,

• (3) холодовой мышечный тонус,

• (4) двигательная активность и

• (5) холодовая дрожь.

Терморецепция , субъективные температурные

Ощущения и дискомфорт

• Для того чтобы регулировать тепловое состояние организма, головной мозг должен постоянно получать адекватную информацию о температуре различных частей тела (и ядра, и оболочки).

• В коже обнаружены многочисленные точки с высокой температурной чувствительностью (у одних точек — к теплу, у других — к холоду).

• По афферентным волокнам кожных нервов температурная информация поступает:

• в дорсальные рога спинного мозга,

• по восходящему боковому спинно—таламическому пути — в таламус

• далее — в гипоталамус, где и происходит ее синтез.

• В системе терморецепции у человека и высших животных есть второй, не менее важный, чем терморецепторы кожи и слизистых оболочек, источник температурной информации — кровь протекающая по сосудам гипоталамуса.

Центральные (мозговые) механизмы терморегуляции

• Центр терморегуляции (в узком смысле) находится в гипоталамической области головного мозга.

• Нейроны предоптической области/переднего гипоталамуса ответственны главным образом за активацию теплоотдачи, нейроны заднего гипоталамуса — за усиление теплопродукции.

Измерениями установлено, что отклонения температуры гипоталамуса от установочной точки на 0.4 °С достаточны, чтобы произошло рефлекторное изменение кровотока в периферических тканях (вазодилатация и усиление теплоотдачи в ответ на повышение температуры гипоталамуса и, наоборот, вазоконстрикция при его охлаждении).

• Установочная точка гипоталамического термостата не является абсолютно неизменной, она претерпевает периодические изменения в течение суток Минимальные значения установочной точки и температуры тела наблюдаются примерно около 2 ч ночи, максимальные — около 2 ч дня.

• Эти изменения задаются «биологическим часами»: сон днем и бодрствование ночью не изменяют динамики температуры тела.

Лекция 18

Регуляция позы и движения

• В самом общем виде таких функций четыре:

• поддержание определенной позы;

• ориентация на источник внешнего сигнала для его наилучшего восприятия;

• перемещения тела в пространстве;

• манипулирование внешними вещами или другими телами.

• Движения регулируются в основном программами, а не рефлексами и представление о «программной организации» ЦНС стало общепринятой.

• Независимость действий человека от внешних стимулов.

• Центральные программы подвержены влиянию сенсорных обратных связей.

• Статические рефлексы делят на позно-тонические и установочные, или выпрямительные.

• Они обеспечивают удержание частей тела (например, головы) на месте, а также корректируют ориентацию конечностей при смене их положения.

• Статический образ тела представляет собой систему внутримозговых связей, основанную на врожденных механизмах и усовершенствованную и уточненную в онтогенезе.

• Динамического образа тела формируется при обучении новым двигательным навыкам, он формирует новые пространственные модели тела, которые и составляют его основу.

Уровни регуляции

2. Ствол мозга с мозжечком

3. Кора больших полушарий с базальными ганглиями и мозжечком

Источник

Биология. 10 класс

*§ 6—2. Адаптации животных к различным температурным условиям среды

Экологические группы животных по отношению к температурному режиму среды обитания

Для большинства живых организмов крайние точки температурной адаптации составляют от 0 до +50 °C: как правило, при 0 °C вода, входящая в состав клеток, замерзает, а при температурах свыше +50 °C начинается процесс разрушения белковых молекул, который завершается гибелью клеток. Помимо деления животных на пойкилотермных и гомойотермных в зависимости от их способности регулировать температуру тела, существует классификация животных по их потребности к количеству тепла в среде обитания. По отношению к температурному режиму среды обитания выделяют три экологические группы животных: криофилы, термофилы и мезофиллы.

Криофилы, или холодолюбивые животные, населяют полярные зоны. Их организм способен функционировать при довольно низких температурах воздуха и воды, но не выносит высоких температур. Эти животные сохраняют активность даже тогда, когда их тканевые жидкости переохлаждаются. Понижение температуры клеток организма до –10 °C никак не сказывается на состоянии животных. В эту группу входят черви, моллюски, членистоногие, некоторые рыбы и млекопитающие. Например, такие обитатели севера, как песец, заяц беляк, куропатка тундровая, активны даже в самые сильные морозы, когда разница температуры воздуха и тела составляет свыше 70 °C.

Термофилы — это теплолюбивые животные, у которых организм приспособлен к обитанию в жарких условиях. К ним относятся пауки, некоторые виды кораллов, насекомых, рыб, пресмыкающихся и млекопитающих. Например, в горячих минеральных источниках Южной Калифорнии обитает рыбка ципринодон пятнистый. Она живет в водах с температурой около +50 °C. Максимальная активность у кузнечиков, обитающих в пустыне Палестины, наблюдается при 40-градусной жаре. А некоторые организмы-термофилы вообще не могут существовать при температурах ниже конкретного диапазона, например определенные виды кораллов обитают лишь там, где температура воды не опускается ниже +20 °C.

Мезофилы — организмы, нормально существующие и размножающиеся при средних температурах. Они обитают в умеренной зоне при температурах 20—40 °C. К мезофилам относится большинство птиц и млекопитающих средних широт.

Источник

Терморегуляция и выделительная система животных

Режим обучения доступен только авторизованным пользователям

Возможности режима обучения:

• просмотр истории в виде слайдов
• возможность прослушивания озвучки по каждому слайду
• возможность добавить свою, детскую озвучку
• тесты для детей, чтобы закрепить материал
• специально подобранные коллекции картинок и видео для улучшения восприятия
• ссылки на дополнительные обучающие курсы

Озвучка доступна в режиме обучения

Животные обитают во всех уголках Земли. Но жизнь в солёном Антарктическом океане резко отличается от жизни во влажных тропических лесах или в палящей пустыне. От среды обитания зависит то, как животное будет регулировать температуру тела, расходовать воду и удалять токсичные отходы из организма. В жарких и сухих условиях животные экономят воду и сохраняют тело прохладным. С другими проблемами сталкиваются животные, обитающие в холодной солёной воде. Они должны постоянно откачивать лишние соли из организма и поддерживать тепло, чтобы пережить холод. Перегрев или переохлаждение, накопление в теле лишних солей или токсичных отходов – всё это приводит к нарушению жизненных процессов.

Терморегуляция – это процесс регуляции температуры тела. Если животное не сможет поддерживать нормальную температуру тела, то оно быстро погибнет. По способу регуляции температуры все животные делятся на две большие группы: • Гомойоте́рмны е (теплокровные) – температура их тела не зависит от окружающей среды и находится на постоянном уровне. Это птицы и млекопитающие. Так, песец сохраняет температуру тела +39 °C даже при морозе -60 °C . • Пойкилоте́рмные (холоднокровные) – температура тела этих животных зависит от температуры окружающей среды. К ним относят всех беспозвоночных, рыб, амфибий и рептилий.

Регуляция температуры тела

Теплокровные животные поддерживают постоянную температуру тела за счет ускоренного обмена веществ. Скорость обмена веществ у теплокровных животных в 20 раз выше, чем у холоднокровных. Благодаря этому даже в холодную погоду теплокровные птицы и млекопитающие остаются активными и подвижными. Но на поддержание внутреннего тепла требуется больше энергии, а значит больше кислорода и пищи. Например, некоторые мелкие млекопитающие погибают, если не подкрепятся в течение 10 часов. Холоднокровным животным требуется меньше энергии для жизни, однако при низких температурах они становятся вялыми и уязвимыми для хищников. А в знойную жару холоднокровная ящерица быстро сварится заживо, если не найдет укрытие.

Термины «теплокровный» и «холоднокровный» не совсем верны и используются для простоты. У холоднокровных животных кровь не холодная. Более того, температура тела холоднокровной ящерицы в пустыне будет выше по сравнению с теплокровным пустынным млекопитающим. Все млекопитающие теплокровные, но среди них есть один необычный холоднокровный представитель – голый землекоп. А большинство рыб – холоднокровные. Краснопёрый опах – редкий пример теплокровной рыбы. Встречаются животные и с «промежуточной» терморегуляцией. Например, летучая мышь поддерживает высокую температуру тела в полёте, но значительно остужается во время ночлега.

Животное теряет или получает тепло четырьмя способами: 1.Тепло всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Это явление теплопроводности. Собака, температура которой составляет 37 °C отдаёт часть тепла в воду, температура которой 15 °C . 2.Солнечное тепловое излучение нагревает тело собаки. 3.Конвекция – это передача тепла при движении воздуха или жидкости. На рисунке ветер поднимает тепло от тела собаки. 4.При испарении жидкость забирает часть тепла. Вы ощущали этот эффект, когда мерзли после принятия душа.

1. Все клетки животных находятся в непрерывной работе, во время которой выделяется тепло. Это тепло согревает животное. Много тепла выделяется при работе мышечных клеток. Вот почему вы греетесь когда занимаетесь спортом. Дрожь от холода – ещё один пример создания «внутреннего» тепла. Непроизвольная работа мышц – дрожание – согревает внутренние органы. 2. Шерсть млекопитающих и перья птиц также участвуют в терморегуляции. Вздыбливание шерсти или перьев на холоде создаёт воздушную «подушку» между телом и окружающей средой.

3. Кровь также принимает участие в поддержании тепла. Почему на холоде мерзнут ладони и ступни? Дело в том, что организм стремится сохранить в первую очередь жизненно важные органы, направляя к ним теплую кровь. В холодную погоду сосуды кожи сужаются и кровь больше циркулирует в органах. Особенно этот механизм развит у водных птиц и млекопитающих. Утки, моржи и тюлени значительно уменьшают приток крови к коже, когда ныряют в холодную воду. В жару, напротив, сосуды кожи расширяются чтобы отводить лишнее тепло в окружающую среду.

4. Важно не только согреваться, но и остужаться. Выделение водянистого пота на поверхность кожи и его испарение позволяет охладить тело. В жаркую погоду собаки высовывают язык и тяжело дышат – в это время с поверхности языка испаряется влага, забирающая с собой тепло. 5. Животные контролируют температуру тела, изменяя своё поведение. Многие животные в жару купаются, или подобно слонам, обрызгивают себя. Некоторые птицы и бабочки мигрируют в тёплые края. Люди, например, научились шить и одевать тёплую одежду. В морозную погоду животные прижимаются друг к другу, чтобы сохранить тепло.

Некоторые млекопитающие зимой для экономии энергии впадают в спячку. Во время спячки медведи, ежи, насекомоядные млекопитающие «понижают» активность организма: сердце бьётся реже, температура тела понижается, дыхание замедляется. К спячке животное подготавливается заранее – нагуливает жирок и находит подходящую берлогу. У холоднокровных при похолодании происходит оцепенение. Температура тела опускается ниже нуля, но кровь при этом полностью не замерзает. Так, некоторые хвостатые земноводные могут пробыть во льду до 100 лет, а затем разморозиться и благополучно вернуться к жизни.

Источник

*§ 6—2. Адаптации животных к различным температурным условиям среды

Сайт:	Профильное обучение
Курс:	Биология. 10 класс
Книга:	*§ 6—2. Адаптации животных к различным температурным условиям среды
Напечатано::	Гость
Дата:	Пятница, 19 Ноябрь 2021, 08:18

Оглавление

Экологические группы животных по отношению к температурному режиму среды обитания

Для большинства живых организмов крайние точки температурной адаптации составляют от 0 до +50 °C: как правило, при 0 °C вода, входящая в состав клеток, замерзает, а при температурах свыше +50 °C начинается процесс разрушения белковых молекул, который завершается гибелью клеток. Помимо деления животных на пойкилотермных и гомойотермных в зависимости от их способности регулировать температуру тела, существует классификация животных по их потребности к количеству тепла в среде обитания. По отношению к температурному режиму среды обитания выделяют три экологические группы животных: криофилы, термофилы и мезофиллы.

Криофилы, или холодолюбивые животные, населяют полярные зоны. Их организм способен функционировать при довольно низких температурах воздуха и воды, но не выносит высоких температур. Эти животные сохраняют активность даже тогда, когда их тканевые жидкости переохлаждаются. Понижение температуры клеток организма до –10 °C никак не сказывается на состоянии животных. В эту группу входят черви, моллюски, членистоногие, некоторые рыбы и млекопитающие. Например, такие обитатели севера, как песец, заяц беляк, куропатка тундровая, активны даже в самые сильные морозы, когда разница температуры воздуха и тела составляет свыше 70 °C.

Термофилы — это теплолюбивые животные, у которых организм приспособлен к обитанию в жарких условиях. К ним относятся пауки, некоторые виды кораллов, насекомых, рыб, пресмыкающихся и млекопитающих. Например, в горячих минеральных источниках Южной Калифорнии обитает рыбка ципринодон пятнистый. Она живет в водах с температурой около +50 °C. Максимальная активность у кузнечиков, обитающих в пустыне Палестины, наблюдается при 40-градусной жаре. А некоторые организмы-термофилы вообще не могут существовать при температурах ниже конкретного диапазона, например определенные виды кораллов обитают лишь там, где температура воды не опускается ниже +20 °C.

Мезофилы — организмы, нормально существующие и размножающиеся при средних температурах. Они обитают в умеренной зоне при температурах 20—40 °C. К мезофилам относится большинство птиц и млекопитающих средних широт.

Типы адаптаций животных к различным температурным условиям среды

Разнообразие адаптаций животных к неблагоприятным температурным условиям объясняется наличием разных способов терморегуляции у пойкилотермных и гомойотермных организмов. Все температурные адаптации животных по механизму действия разделяют на четыре группы: биохимические, физиологические, морфологические и поведенческие.

Биохимические адаптации — биохимические механизмы активного изменения величины теплопродукции за счет повышения интенсивности обмена веществ. У гомойотермных животных очень высокая способность к биохимической терморегуляции. Они отличаются высокой интенсивностью обмена веществ и выработкой большого количества тепла.

Пойкилотермные животные имеют более низкий уровень обмена веществ по сравнению с гомойотермными, даже при одинаковой температуре тела. Например, пустынная игуана при температуре +37 °C потребляет в 7 раз меньше кислорода, чем грызуны такой же величины. Из-за пониженного уровня обмена веществ у пойкилотермных животных возможности биохимической терморегуляции ничтожны.

Многие пойкилотермные животные способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет мышечных сокращений, приводящих к выделению тепловой энергии.

Шмели разогревают тело специальными мышечными сокращениями (дрожью) до 32—33 °C, что дает им возможность взлетать и кормиться в прохладную погоду. Однако с прекращением двигательной активности тепло перестает вырабатываться и быстро рассеивается из организма по причине несовершенства механизмов физиологической терморегуляции.

При продуцировании дополнительного тепла усиливается распад жиров, так как они содержат основной запас химической энергии. Млекопитающие обладают специализированной бурой жировой тканью, в которой вся освобождающаяся химическая энергия рассеивается в виде тепла, то есть идет на обогрев организма.

Поддержание температуры тела за счет возрастания теплопродукции нуждается в поступлении большого количества корма либо в затратах жировых запасов, накопленных ранее.

Бурозубка имеет исключительно высокий уровень обмена веществ. Чередуя очень короткие периоды сна и активности, она деятельна в любое время суток, не впадает в спячку зимой и в день съедает корма в 4 раза больше собственной массы. Птицам, остающимся на зиму в нашей зоне, также нужно много корма: им страшны не столько морозы, сколько бескормица.

Усиление биохимической терморегуляции, таким образом, имеет свои пределы, обусловленные возможностью добывания пищи. При недостатке корма зимой такой тип терморегуляции экологически невыгоден. Он, например, слабо развит у всех животных, обитающих за полярным кругом: песцов, моржей, тюленей, белых медведей, северных оленей. Для обитателей тропиков биохимическая терморегуляция также нехарактерна, поскольку у них практически не возникает необходимости в дополнительном продуцировании тепла.

У пойкилотермных животных при переохлаждении происходит накопление «биологических антифризов» (веществ, понижающих точку замерзания воды) в жидкостях тела. Такими веществами у насекомых являются глицерин, гликоген, высокие концентрации глюкозы. У арктических и антарктических рыб отмечается повышенное содержание ненасыщенных жирных кислот в составе жиров, что снижает температуру затвердевания их тела.

Физиологические адаптации — физиологические механизмы изменения уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток. Физиологические адаптации осуществляются благодаря особым анатомическим чертам строения животных: деталям устройства кровеносной системы, возможностям испарительной теплоотдачи.

Физиологическая терморегуляция экологически более выгодна, так как адаптация к холоду осуществляется не за счет дополнительной выработки тепла, а за счет сохранения его в теле животного. Кроме того, возможна защита от перегрева путем усиления теплоотдачи во внешнюю среду. В ряду млекопитающих — от насекомоядных к рукокрылым, грызунам и хищникам — механизмы физиологической терморегуляции становятся все более совершенными и разнообразными. К ним следует отнести рефлекторное сужение и расширение кровеносных сосудов кожи, меняющее ее теплопроводность и теплоотдачу, противоточный теплообмен при кровоснабжении отдельных органов, регуляцию испарительной теплоотдачи.

У млекопитающих с короткой и редкой шерстью важную роль в терморегуляции играют сосудистые реакции. Расширение или сужение мелких поверхностных сосудов кожи усиливает или снижает теплоотдачу. Системы противоточного теплообмена, помогающие поддерживать постоянную температуру внутренних органов, обнаружены в конечностях и хвостах у сумчатых, ленивцев, муравьедов, ластоногих, китов, пингвинов, журавлей.

Эффективным механизмом регуляции теплообмена служит испарение воды с поверхности тела путем потоотделения или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей (тепловая одышка). Так как теплота парообразования воды велика, то таким путем из организма выводится много избыточного тепла.

Способность к образованию пота у разных видов очень различна. Человек при сильной жаре может выделить до 12 л пота в день, рассеивая тепло в десятикратном количестве по сравнению с нормой. Выделяемая вода, естественно, должна возмещаться через питье. У некоторых животных испарение идет только через слизистые оболочки. У собаки, для которой тепловая одышка — основной способ испарительной терморегуляции, частота дыхания при этом доходит до 300—400 вдохов в минуту.

Морфологические адаптации представляют собой особенности строения и размеров тела, влияющие на снижение или повышение теплоотдачи. Густой мех млекопитающих, перьевой и особенно пуховой покров птиц позволяют сохранять вокруг тела прослойку воздуха с температурой, близкой к температуре тела животного, и тем самым уменьшать теплоизлучение во внешнюю среду. Теплоотдача регулируется наклоном волос и перьев, сезонной сменой меха и оперения. Исключительно теплый зимний мех животных Заполярья позволяет им в холода обходиться без повышения обмена веществ и снижает потребность в пище. Например, песцы на побережье Северного Ледовитого океана зимой потребляют пищи даже меньше, чем летом.

У морских млекопитающих — ластоногих и китов — слой подкожной жировой клетчатки распределен по всему телу. Толщина подкожного жира у отдельных видов тюленей достигает 7—9 см, а его общая масса составляет до 40—50 % массы тела. Теплоизолирующий эффект такого «жирового чулка» настолько высок, что под тюленями, часами лежащими на снегу, снег не тает, хотя температура тела животного поддерживается на уровне +38 °C. У животных жаркого климата подобное распределение жировых запасов приводило бы к гибели от перегрева из-за невозможности выведения избытка тепла, поэтому жир у них запасается локально, в отдельных частях тела, не мешая теплоизлучению с общей поверхности (верблюды, курдючные овцы, зебу).

Важное значение для поддержания температурного баланса имеет снижение отношения поверхности тела к его объему, так как в конечном счете масштабы продуцирования тепла зависят от массы животного, а теплообмен идет через его покровы. Как уже отмечалось в § 6, связь размеров и пропорций тела животных с климатическими условиями их обитания была отмечена еще в XIX в. ученым К. Бергманом. Согласно правилу Бергмана, если два близкородственных вида гомойотермных животных отличаются размерами, то более крупный обитает в более холодном, а более мелкий — в теплом климате. Ученым Д. Алленом была установлена закономерность, что у многих млекопитающих и птиц Северного полушария относительные размеры конечностей и различных выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов) увеличиваются от севера к югу.

Поведенческие адаптации. Перемещаясь в пространстве или изменяя свое поведение более сложным образом, животные могут активно избегать крайних температур. Для многих пойкилотермных животных поведение является почти единственным и очень эффективным способом поддержания теплового баланса.

Основные поведенческие способы регуляции температуры тела у пойкилотермных — это перемена позы, активный поиск благоприятных микроклиматических условий, смена мест обитания, целый ряд специализированных форм поведения, направленных на поддержание условий окружающей среды и создание нужного микроклимата (рытье нор, сооружение гнезд, образование плотных скоплений особей). Переменой позы животное может усилить или ослабить нагревание тела за счет солнечной радиации.

Саранча пустынная в прохладные утренние часы подставляет солнечным лучам широкую боковую поверхность тела, а в полдень — узкую спинную. В сильную жару животные прячутся в тень, скрываются в норах. В пустынях днем некоторые виды ящериц и змей взбираются на кусты, избегая соприкосновения с раскаленной поверхностью почвы. К зиме многие животные ищут убежища, где ход температур более сглажен по сравнению с открытыми местами обитания. Еще более сложны формы поведения общественных насекомых: пчел, муравьев, термитов, которые строят убежища с хорошо регулируемой внутри температурой, почти постоянной в период активности насекомых.

Особый интерес представляет групповое поведение животных в целях терморегуляции.

Некоторые пингвины в сильный мороз и бураны сбиваются в плотную кучу, так называемую «черепаху». Особи, оказавшиеся с краю, через некоторое время пробиваются внутрь, и «черепаха» медленно кружится и перемещается. Внутри такого скопления температура поддерживается около +37 °С даже в самые сильные морозы. Обитатели пустынь верблюды в сильную жару также сбиваются вместе, прижимаясь друг к другу боками, но этим достигается противоположный эффект — предотвращение сильного нагревания поверхности тела солнечными лучами. Температура в центре скопления животных равна температуре их тела (+39 °С), тогда как шерсть на спине и боках крайних особей нагревается до +70 °С.

Повторим главное. К разным температурным условиям среды у животных выработались различные адаптации: биохимические, физиологические, морфологические и поведенческие. Биохимические адаптации заключаются в изменении величины теплопродукции за счет повышения или снижения интенсивности обмена веществ. Физиологическая терморегуляция осуществляется благодаря рефлекторному сужению и расширению кровеносных сосудов кожи, противоточному теплообмену при кровоснабжении отдельных органов, регуляции испарительной теплоотдачи. Морфологические адаптации представляют собой особенности строения и размеров тела, влияющие на снижение или повышение теплоотдачи. Основные поведенческие способы регуляции температуры тела у животных — это перемена позы, активный поиск благоприятных микроклиматических условий, смена мест обитания, целый ряд специализированных форм поведения, направленных на создание и поддержание нужного микроклимата.

Проверим знания

1. На какие экологические группы по отношению к температуре можно разделить животных? Назовите представителей.
2. Какие типы поведенческих адаптаций позволяют пойкилотермным животным получать необходимое количество тепла?
3. Охарактеризуйте морфологические адаптации гомойотермных животных, позволяющие им поддерживать постоянную температуру тела.

1. Известно, что у животных, обитающих в холодных условиях, размеры тела, как правило, крупнее, чем у обитателей теплого климата. Как объяснить эту закономерность?
2. Лиса, медведь белый, соболь имеют густой мех, предохраняющий тело от низких температур. А моржи, киты и тюлени, обитающие в северных широтах, такого меха не имеют. Как они спасаются от холода?
3. Какие адаптации к температуре изменятся у гомойотермных животных умеренного пояса в связи с потеплением климата? Дайте аргументированный ответ.

Индивидуальное домашнее задание. Используя в качестве объектов наблюдения любых пойкилотермных и гомойотермных животных, определите у них все температурные адаптации и распределите их на типы. Охарактеризуйте отличительные особенности.

Источник