ECTOTHERMS: CHARAKTERISTIKY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Tyto ectotherms jsou zvířata, jejichž tělesná teplota a hlavně je přímo závislá na teplotě prostředí. To znamená, že jen málo nebo vůbec žádná z vaší tělesné teploty je způsobena metabolismem. Proto, aby si udrželi svou teplotu ve fyziologicky vhodném rozmezí, musí získávat nebo odvádět teplo z okolí.

Opačným stavem, že je ectotermický, je endotermický. Všichni ptáci a savci jsou klasifikováni jako endotermy. Všichni vodní obojživelníci a bezobratlí, jakož i velká většina plazů (kromě ptáků) a suchozemské ryby a bezobratlí, jsou zařazeni do kategorie ectothermů.

Zdroj: Graham Wise z Brisbane v Austrálii

Všechny rostliny lze také považovat za ektotermy, i když tato kvalifikace je pro botaniku cizí. Z termického hlediska se rostliny nazývají makrotermy, pokud žijí v teplém prostředí (> 18 ° C každý měsíc), mesothermy, pokud žijí v mírném prostředí (> 22 ° C, nejteplejší měsíc; 6–18 ° C, nejchladnější měsíc)) nebo mikrotermy, pokud žijí v chladném prostředí.

Definice

Endotermy jsou zvířata, jejichž tělesná teplota je vnitřně regulována jejich metabolismem a nikoli externě prostředím. Obecně jsou endotermy homeotermické, to znamená, že mají relativně konstantní tělesnou teplotu, na rozdíl od poikilotermů, které mají velmi proměnlivé tělesné teploty.

Ectotherms jsou také často nazývány poikilothermy (od řečtiny: poikilos, měnící se, termosky, teplo). V jednom případě je zdůrazněna teplotní závislost média. Na druhé straně variabilita tělesné teploty. První termín je výhodný, protože ectothermy mohou být homeotermy, pokud je teplota média konstantní.

Endothermy a ectothermy se také často nazývají teplá a chladnokrevná zvířata. Toto použití se nedoporučuje, protože existují ektothermy, které udržují jejich tělesnou teplotu tak vysokou jako u mnoha endoterm. Nelze říci, že tato zvířata jsou chladnokrevní.

Heterotermy jsou ectothermy, které jsou částečně homeotermy. Během období činnosti mohou generovat metabolické teplo, aby udržely tělesnou teplotu alespoň části vašeho těla konstantní. Během období nečinnosti však snižují svoji tělesnou teplotu v závislosti na okolním prostředí, stejně jako jiné ectothermy.

Regionální heterotermy jsou endotermy, jejichž tělesná teplota se mezi částmi těla podstatně liší.

vlastnosti

Endotermický stav způsobuje, že zvířata jsou nezávislá na teplotě prostředí, což jim umožňuje obsadit chladné suchozemské prostředí, zůstat trvale aktivní, aby využili možností krmení a reprodukce, a aby unikli dravcům.

V cirumpolárních regionech nejsou plazi a obojživelníci a hmyz nejsou příliš rozmanití a hojní. V těchto regionech je výhodné a dokonce nutné být endotermické.

Endotermy však investují velmi vysokou energii do regulace své teploty. Tím, že se tato investice neuskuteční, mají ectothermy požadavky na potraviny až 17krát nižší než endothermy podobné tělesné hmoty.

Z tohoto důvodu mohou plazi (kromě ptáků), obojživelníci a ryby využívat ekologické výklenky vyhrazené pro organismy s nízkou spotřebou energie, které nejsou dostupné pro ptáky a savce.

Jakmile se jim podaří dostatečně zahřát své tělo pomocí vnějších zdrojů tepla, mohou se u ectothermů vyvinout takové úrovně aktivity jako u ptáků a savců.

Nízký energetický rozpočet ectothermů jim umožňuje: 1) specializovat se na vzácné potraviny a zvyšovat jejich rozmanitost; 2) být úspěšný v prostředích, jako jsou pouště, ve kterých není dostatek potravy pro většinu endoterm; 3) mají vysokou reprodukční účinnost ve vztahu ke spotřebě potravin.

Jak regulují teplotu?

Ectothermy zvyšují svou tělesnou teplotu tím, že se vystavují přímému slunečnímu záření (heliotermie) nebo přicházejí do styku se substráty (například horninami), které byly zahřáté sluncem. Snižují teplotu těla útočištěm ve stínu nebo kontaktem s relativně chladnými substráty.

Jejich těla postrádají tepelnou izolaci (příklad: peří, kožešina), což usnadňuje výměnu tepla s okolím.

Mezi strategie, které mohou použít k regulaci zahřívání vytvářeného slunečním zářením, jsou: 1) nasměrování orientace (kolmá, rovnoběžná, šikmá) těla s ohledem na sluneční paprsky; 2) stmavení nebo zesvětlení barvy pleti působením chromatofórů. Obě strategie jsou u plazů zvláště běžné.

Ekotermická ryba se sama nemůže slunit, aby se zahřála, ale může regulovat teplotu těla volbou masy nebo vrstev vody, které mají určitou teplotu. To jim často umožňuje udržovat konstantní tělesnou teplotu (homeotermie) po dlouhou dobu.

Ectotherms mohou také regulovat jejich teplotu vaskulárními úpravami (měnit periferní oběh), vystavovat vnitřní povrch ústy vzduchu nebo ztrácet vodu odpařováním (tolerovat nějakou dehydrataci). Pineal orgány ectotherms vypadají, že se chová jako lehké dozimetry pro thermoregulation.

Odolnost proti chladu

Cirkumpolární a vysokohorské ektotermy čelí okolním teplotám pod bodem mrazu v zimě nebo v noci.

Aby přežili extrémní chlad, tato zvířata používají dvě strategie: 1) vyhnout se zamrzání jejich extracelulárních tělesných tekutin, udržování uvedených tekutin v kapalném stavu při teplotách až do -58 ° C (což je známé jako podchlazování); 2) tolerovat zmrazení (až do -3 ° C) těchto tekutin.

V první strategii pozorované u ryb a hmyzu krevní plazma nezamrzá, protože obsahuje nemrznoucí soluty (cukry, jako je fruktóza; deriváty cukrů, jako je glycerol; glykoproteiny).

Ve druhé strategii pozorované u obojživelníků je krevní plazma zmrazená, ale k smrti buněk nedochází, protože obsahují nemrznoucí soluty (sloučeniny s nízkou molekulovou hmotností, glycerol). Přestože dochází k zamrzání extracelulárních tekutin, nedochází k zamrzání intracelulárních tekutin. Pokud ano, zemřou.

Ectotermické mořské predátory (žraloci a jiné ryby) jsou vzácné ve velkých zeměpisných šířkách, kde jsou nahrazeny endotermickými mořskými predátory (mořští savci, tučňáci, aukce). V chladných vodách nemohou ekotermické predátory odpovídat hladinám aktivity endotermických predátorů.

Heterotermy

V první řadě existují ekotermická zvířata, která jsou heterotermická, to znamená, že vykazují určitý stupeň endotermy, ať dočasného nebo regionálního.

Někteří arktičtí hmyz jsou přísnými ectothermy, když jsou na zemi. Aby však tento let mohl letět, musí tento hmyz předtím zahřát svaly, které pohybují křídly, čehož dosáhnou opakovaným pohybem. Během letu jsou tyto hmyzy účinně endotermy. Dokonce potřebují odvádět teplo, aby se nepřehřívali.

Když se kroutí kolem vajíček a inkubuje je, ženské indické pythonové hady zvyšují svou tělesnou teplotu chvěním. Tímto způsobem zahřívají vejce, usnadňují vývoj embryí a urychlují líhnutí.

Žraloci čeledi Lamnidae, mečoun nebo tunas jsou regionální heterothermy. Přenos tepla generovaného muskulaturou prostřednictvím protiproudých mechanismů krve jim umožňuje zvyšovat teplotu mozku, vnitřností a dalších svalů. To zlepšuje jejich aerobní plavecké schopnosti a činí je účinnějšími predátory.

Příklady ektopermických zvířat

Obratlovců

Krokodýli, jako je Crocodylus porosus, jsou největší suchozemské ektothermy. Jeho optimální tělesná teplota je 30-33 ºC, která se stejně jako ostatní plazi neustále pohybuje mezi slunnými a stinnými místy. Zvláštní strategií pro krokodýly ke snížení tělesné teploty je udržovat ústa dokořán po celé hodiny.

Evropská zmije, Viper berus, je jedovatý had, jehož distribuce dosahuje arktický kruh. Pro umožnění inkubace vajec při nízkých teplotách je tento had živý. Během léta se tito hadi vystavují slunci co nejvíce, aby si udrželi přiměřenou tělesnou teplotu pro predaci a reprodukci.

Na Aljašce obojživelník Rana sylvatica přežívá teploty až do -16 ° C. Důvodem je vysoká koncentrace nemrznoucích látek přítomných v krvi během zimy. Mezi tyto látky patří glukóza a močovina. Aby se snížila námraza, tato žába také dehydruje během zimy.

Arktické ryby čeledi Gadidae a antarktické ryby Nototheniidae se nezávisle vyvinuly v podstatě identické kryoprotektivní látky (glykoproteiny). To představuje pozoruhodný případ adaptivní konvergence k podobným klimatickým podmínkám.

Bezobratlí

Včela medonosná (Apis mellifera) a další sociální hmyz jsou ve svých hnízdech drženi homeotermicky. Za tímto účelem: 1) jsou umístěny na tepelně příznivých místech a jsou uspořádány tak, aby podporovaly pasivní vytápění a chlazení; 2) koordinují křídla, aby je zahřívaly svalovou termogenezí nebo je ochladzovaly cirkulací vzduchu a odpařováním.

Komáři (Aedes, Anopheles) jsou ektotermy přizpůsobené horkým klimatům. Jsou smrtící, protože přenášejí nemoci, jako je malárie, žlutá horečka, chikungunya, horečka dengue a Zika. V důsledku změny klimatu do roku 2050 rozšíří svou distribuci v mírných pásmech a vystaví 50% lidí těmto onemocněním.

Na Aljašce Cucujus clavipes brouk díky nemrznoucím solutům hemolymfy odolává zimním teplotám -58 ° C. V laboratoři bylo zjištěno, že tento brouk vydrží teploty pod -150 ° C, na Zemi neexistující.

Při těchto teplotách dosahují tělesné tekutiny tohoto hmyzu do stavu vitrifikace.

Ve své dospělé formě jsou tasemnice, jako je Taenia solium (hovězí tasemnice) a Taeniarhynchus saginatus (tasemnice prasat), parazity ve střevě, které postrádají trávicí systém, jsou zcela závislé na lidském hostiteli z hlediska výživy.

Uvnitř střeva si tyto tasemnice udržují konstantní teplotu (37 ° C), pro kterou jsou homeotermy.

Reference

1. Andersson, S. 2003. Hibernace, lokalita a sezónní činnost v zmiji, Vipera berus, severně od polárního kruhu ve Švédsku. Amphibia-Reptilia, 24, 449–457.
2. Barrows, EM 2000. Odkaz na stůl pro chování zvířat: slovník chování zvířat, ekologie a evoluce. CRC Press, Boca Raton.
3. Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. Allometrie potápěčských kapacit: ectothermy vs. endotermie. Journal of Evolutionary Biology, 21, 324–329.
4. Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. Zamezení a tolerance zmrazení v ektotermních obratlovcích. Journal of Experimental Biology, 216, 1961-1967.
5. David K. Cairns, DK, Gaston, AJ, Huettmann, F. 2008. Endotermie, ektotermie a globální struktura komunit mořských obratlovců. Série pro mořskou ekologii, 356, 239–250.
6. Dickson, KA, Graham, JB 2004. Vývoj a důsledky endotermie u ryb. Physiological and Biochemical Zoology, 77, 998-1018.
7. Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. Syntéza a recyklace nemrznoucích glykoproteinů v polárních rybách. Antarctic Science, 24, 259-268.
8. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. Fyziologie zvířat. Sinauer, Sunderland.
9. Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. Termoregulace hnízda v sociálním hmyzu. Pokroky ve fyziologii hmyzu, 33, 153–191.
10. Kay, I. 1998. Úvod do fyziologie zvířat. Bios, Oxford.
11. Kearney, M. 2002. Horké skály a příliš horké skály: sezónní vzorce výběru místa ústupu noční ektermií. Journal of Thermal Biology, 27, 205–218.
12. Moyes, CD, Schulte, PM 2014. Základy fyziologie zvířat. Pearson, Essex.
13. Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. Život obratlovců. Pearson, Boston.
14. Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. Úloha těla epifýzy v ectothermové termoregulaci. American Zoologist, 19, 273–293.
15. Ramløv, H. 2000. Aspekty přirozené tolerance chladu u ektoermických zvířat. Human Reproduction, 15, 26–46.
16. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. Fyziologie zvířat: mechanismy a adaptace. McGraw-Hill, Madrid.
17. Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. Hluboké podchlazení, vitrifikace a omezené přežití na -100 ° C v aljašském brouku Cucujus clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae) larvy. Journal of Experimental Biology, 213, 502–509.
18. Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. Fyziologie zvířat: od genů k organismům. Brooks / Cole, Belmont.
19. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. Environmentální fyziologie zvířat. Blackwell, Malden.