ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლის მრავალფეროვნება გასაოცარია თავისი მასშტაბებით. კანადელი მეცნიერების ბოლო კვლევები გვაძლევს 8,7 მილიონი სახეობის ცხოველს, მცენარეს, სოკოს და მიკროორგანიზმებს, რომლებიც ბინადრობენ ჩვენს პლანეტაზე. უფრო მეტიც, მათი მხოლოდ 20% არის აღწერილი და ეს არის ჩვენთვის ცნობილი 1,5 მილიონი სახეობა. ცოცხალმა ორგანიზმებმა დაასახლეს პლანეტის ყველა ეკოლოგიური ნიშა. ბიოსფეროში არ არის ადგილი, სადაც სიცოცხლე არ იქნება. ვულკანების ხვრელებში და ევერესტის მწვერვალზე - ყველგან ვხვდებით სიცოცხლეს მისი სხვადასხვა გამოვლინებით. და, უდავოდ, ასეთი მრავალფეროვნება და გავრცელება ბუნებას ევალება თბილსისხლიანობის ფენომენის (ჰომეოთერმული ორგანიზმების) ევოლუციის პროცესში გამოჩენას.
სიცოცხლის ზღვარი ტემპერატურაა
სიცოცხლის საფუძველია ორგანიზმის მეტაბოლიზმი, რომელიც დამოკიდებულია ქიმიური პროცესების სიჩქარეზე და ბუნებაზე. მაგრამეს ქიმიური რეაქციები შესაძლებელია მხოლოდ გარკვეული ტემპერატურის დიაპაზონში, საკუთარი მაჩვენებლებით და ექსპოზიციის ხანგრძლივობით. ორგანიზმების უფრო დიდი რაოდენობისთვის გარემოს ტემპერატურული რეჟიმის სასაზღვრო მაჩვენებლებად ითვლება 0-დან +50 გრადუს ცელსიუსამდე.
მაგრამ ეს სპეკულაციური დასკვნაა. უფრო ზუსტი იქნება იმის თქმა, რომ სიცოცხლის ტემპერატურული საზღვრები იქნება ის, რომლებშიც არ არის ცილების დენატურაცია, ასევე უჯრედების ციტოპლაზმის კოლოიდური მახასიათებლების შეუქცევადი ცვლილებები, სასიცოცხლო ფერმენტების აქტივობის დარღვევა. და ბევრ ორგანიზმს განუვითარდა უაღრესად სპეციალიზებული ფერმენტული სისტემები, რამაც მათ საშუალება მისცა ეცხოვრათ ამ საზღვრებს მიღმა არსებულ პირობებში.
ეკოლოგიური კლასიფიკაცია
სიცოცხლის ოპტიმალური ტემპერატურის საზღვრები განსაზღვრავს პლანეტაზე სიცოცხლის ფორმების დაყოფას ორ ჯგუფად - კრიოფილებად და თერმოფილებად. პირველ ჯგუფს სიცოცხლისთვის სიცივე ურჩევნია და სპეციალიზირებულია ასეთ პირობებში სიცოცხლისთვის. პლანეტის ბიოსფეროს 80%-ზე მეტი ცივი რეგიონია, საშუალო ტემპერატურა +5 °C. ეს არის ოკეანეების სიღრმეები, არქტიკისა და ანტარქტიდის უდაბნოები, ტუნდრა და მთიანეთი. გაზრდილი სიცივის წინააღმდეგობა უზრუნველყოფილია ბიოქიმიური ადაპტაციით.
კრიოფილების ფერმენტული სისტემა ეფექტურად აქვეითებს ბიოლოგიური მოლეკულების აქტივაციის ენერგიას და ინარჩუნებს მეტაბოლიზმს უჯრედში 0 °C-სთან ახლოს ტემპერატურაზე. ამავდროულად, ადაპტაციები მიდის ორი მიმართულებით - წინააღმდეგობის (დაპირისპირების) ან სიცივისადმი ტოლერანტობის (გამძლეობის) შეძენაში. თერმოფილების ეკოლოგიური ჯგუფი არის ორგანიზმები, რომლებიც ოპტიმალურიარომელთა ცხოვრება მაღალი ტემპერატურის ზონაა. მათ სასიცოცხლო აქტივობას ბიოქიმიური ადაპტაციების სპეციალიზაციაც უზრუნველყოფს. აღსანიშნავია, რომ ორგანიზმის ორგანიზების გართულებასთან ერთად მცირდება მისი თერმოფილიის უნარი.
სხეულის ტემპერატურა
სითბოს ბალანსი ცოცხალ სისტემაში არის მისი შემოდინებისა და გადინების მთლიანობა. ორგანიზმების სხეულის ტემპერატურა დამოკიდებულია გარემოს ტემპერატურაზე (ეგზოგენური სითბო). გარდა ამისა, სიცოცხლის სავალდებულო ატრიბუტია ენდოგენური სითბო - შინაგანი მეტაბოლიზმის პროდუქტი (ჟანგვითი პროცესები და ადენოზინტრიფოსფორის მჟავას დაშლა). ჩვენი პლანეტის სახეობების უმეტესობის სასიცოცხლო აქტივობა დამოკიდებულია ეგზოგენურ სითბოზე, ხოლო მათი სხეულის ტემპერატურა დამოკიდებულია გარემოს ტემპერატურის კურსზე. ეს არის პოიკილოთერმული ორგანიზმები (poikilos - სხვადასხვა), რომლებშიც სხეულის ტემპერატურა ცვალებადია.
პოიკილოთერმები არის ყველა მიკროორგანიზმი, სოკო, მცენარეები, უხერხემლოები და აკორდების უმეტესობა. და ხერხემლიანთა მხოლოდ ორი ჯგუფი - ფრინველები და ძუძუმწოვრები - ჰომოიოთერმული ორგანიზმებია (ჰომოიოსი - მსგავსი). ისინი ინარჩუნებენ სხეულის მუდმივ ტემპერატურას, მიუხედავად გარემოს ტემპერატურისა. მათ ასევე უწოდებენ თბილსისხლიან ცხოველებს. მათი მთავარი განსხვავებაა შიდა სითბოს ძლიერი ნაკადის არსებობა და თერმორეგულაციის მექანიზმების სისტემა. შედეგად, ჰომოიოთერმულ ორგანიზმებში ყველა ფიზიოლოგიური პროცესი მიმდინარეობს ოპტიმალურ და მუდმივ ტემპერატურაზე.
მართალი და მცდარი
ზოგიერთი პოიკილოთერმიორგანიზმებს, როგორიცაა თევზები და ექინოდერმები, ასევე აქვთ სხეულის მუდმივი ტემპერატურა. ისინი ცხოვრობენ მუდმივი გარე ტემპერატურის პირობებში (ოკეანის ან გამოქვაბულების სიღრმეში), სადაც გარემოს ტემპერატურა არ იცვლება. მათ ცრუ ჰომოოთერმულ ორგანიზმებს უწოდებენ. ბევრ ცხოველს, რომლებიც განიცდიან ჰიბერნაციას ან დროებით თრგუნვას, სხეულის ტემპერატურა იცვლება. ამ ჭეშმარიტად ჰომოოთერმულ ორგანიზმებს (მაგალითად: მარმოტები, ღამურები, ზღარბი, სვიფტები და სხვები) ეწოდება ჰეტეროთერმული.
ძვირფასო არომორფოზი
ჰომოიოთერმიის გამოჩენა ცოცხალ არსებებში არის ძალზედ შრომატევადი ევოლუციური შენაძენი. მეცნიერები დღემდე კამათობენ სტრუქტურის ამ პროგრესული ცვლილების წარმოშობაზე, რამაც გამოიწვია ორგანიზაციის დონის აწევა. მრავალი თეორია იქნა შემოთავაზებული თბილსისხლიანი ორგანიზმების წარმოშობის შესახებ. ზოგიერთი მკვლევარი აღიარებს, რომ დინოზავრებსაც კი შეიძლება ჰქონდეთ ეს თვისება. მაგრამ მეცნიერთა ყველა უთანხმოებასთან ერთად, ერთი რამ ცხადია: ჰომოოთერმული ორგანიზმების გამოჩენა ბიოენერგეტიკული ფენომენია. ხოლო სიცოცხლის ფორმების გართულება დაკავშირებულია სითბოს გადაცემის მექანიზმების ფუნქციურ გაუმჯობესებასთან.
ტემპერატურული კომპენსაცია
ზოგიერთი პოიკილოთერმული ორგანიზმის უნარი შეინარჩუნოს მეტაბოლური პროცესების მუდმივი დონე სხეულის ტემპერატურის ფართო სპექტრის ცვლილებებში უზრუნველყოფილია ბიოქიმიური ადაპტაციით და ეწოდება ტემპერატურის კომპენსაცია. იგი დაფუძნებულია ზოგიერთი ფერმენტის უნარზე, შეცვალოს მათი კონფიგურაცია ტემპერატურის შემცირებით და გაზარდოს მათი კავშირი სუბსტრატთან, გაზარდოს რეაქციების სიჩქარე. მაგალითად, ორსარქვლოვან მიდიებშიბარენცის ზღვაში ჟანგბადის მოხმარება არ არის დამოკიდებული გარემოს ტემპერატურაზე, რომელიც მერყეობს 25 °C (+5-დან +30 °C-მდე).
შუალედური ფორმები
ევოლუციური ბიოლოგები აღმოაჩინეს გარდამავალი ფორმების იგივე წარმომადგენლები პოიკილოთერმულიდან თბილსისხლიან ძუძუმწოვრებამდე. კანადელმა ბიოლოგებმა ბროკის უნივერსიტეტიდან არგენტინულ შავ-თეთრ ტეგუში (Alvator merianae) სეზონური თბილსისხლიანება აღმოაჩინეს. ეს თითქმის მეტრიანი ხვლიკი სამხრეთ ამერიკაში ცხოვრობს. ქვეწარმავლების უმეტესობის მსგავსად, ტეგუ დღის განმავლობაში მზეზე დგას, ღამით კი ბურღულებსა და გამოქვაბულებში იმალება, სადაც ცივდება. მაგრამ გამრავლების პერიოდში სექტემბრიდან ოქტომბრამდე მკვეთრად იზრდება ტეგუს ტემპერატურა, სუნთქვის სიხშირე და გულის შეკუმშვის რიტმი დილით. ხვლიკის სხეულის ტემპერატურა შეიძლება ათი გრადუსით აღემატებოდეს გამოქვაბულში არსებულ ტემპერატურას. ეს ადასტურებს ფორმების გადასვლას ცივსისხლიანი ცხოველებიდან ჰომოიოთერმულ ცხოველებზე.
თერმორეგულაციის მექანიზმები
ჰომოოთერმული ორგანიზმები ყოველთვის მუშაობენ ძირითადი სისტემების მუშაობის უზრუნველსაყოფად - სისხლის მიმოქცევის, რესპირატორული, ექსკრეციული - მინიმალური სითბოს წარმოქმნით. დასვენების დროს წარმოქმნილ ამ მინიმუმს ბაზალურ მეტაბოლიზმს უწოდებენ. თბილსისხლიან ცხოველებში აქტიურ მდგომარეობაზე გადასვლა ზრდის სითბოს გამომუშავებას და მათ სჭირდებათ მექანიზმები სითბოს გადაცემის გაზრდის მიზნით, რათა თავიდან აიცილონ ცილის დენატურაცია.
ამ პროცესებს შორის ბალანსის მიღწევის პროცესი უზრუნველყოფილია ქიმიური და ფიზიკური თერმორეგულაციის საშუალებით. ეს მექანიზმები უზრუნველყოფს ჰომოიოთერმული ორგანიზმების დაცვას დაბალი ტემპერატურისა დაგადახურება. სხეულის მუდმივი ტემპერატურის შენარჩუნების მექანიზმები (ქიმიური და ფიზიკური თერმორეგულაცია) სხვადასხვა წყაროა და ძალიან მრავალფეროვანია.
ქიმიური თერმორეგულაცია
გარემოს ტემპერატურის შემცირების საპასუხოდ, თბილსისხლიანი ცხოველები რეფლექსურად ზრდის ენდოგენური სითბოს გამომუშავებას. ეს მიიღწევა ჟანგვითი პროცესების გაზრდით, განსაკუთრებით კუნთოვან ქსოვილებში. კუნთების არაკოორდინირებული შეკუმშვა (კანკალი) და თერმორეგულაციის ტონუსი სითბოს წარმოების გაზრდის პირველი ეტაპებია. ამავდროულად, ლიპიდური მეტაბოლიზმი იზრდება და ცხიმოვანი ქსოვილი ხდება უკეთესი თერმორეგულაციის გასაღები. ცივ კლიმატში ძუძუმწოვრებს კი აქვთ ყავისფერი ცხიმი, რომლის დაჟანგვიდან მთელი სითბო ორგანიზმის გასათბობად მიდის. ენერგიის ეს ხარჯი ცხოველს ან დიდი რაოდენობით საკვების მოხმარებას ან ცხიმის მნიშვნელოვანი მარაგის არსებობას მოითხოვს. ამ რესურსების ნაკლებობით, ქიმიურ თერმორეგულაციას აქვს თავისი საზღვრები.
ფიზიკური თერმორეგულაციის მექანიზმები
ამ ტიპის თერმორეგულაცია არ საჭიროებს დამატებით ხარჯებს სითბოს წარმოებისთვის, მაგრამ ხორციელდება ენდოგენური სითბოს შენარჩუნებით. იგი ხორციელდება კანის აორთქლების (ოფლიანობა), გამოსხივების (გამოსხივების), სითბოს გამტარობის (გამტარობის) და კონვექციის გზით. ფიზიკური თერმორეგულაციის მეთოდები განვითარდა ევოლუციის პროცესში და უფრო და უფრო სრულყოფილი ხდება ფილოგენეტიკური სერიის შესწავლისას მწერებისგან და ღამურებიდან ძუძუმწოვრებამდე.
ასეთი რეგულირების მაგალითია კანის სისხლის კაპილარების შევიწროება ან გაფართოება, რომელიც იცვლება.თბოგამტარობა, ბეწვისა და ბუმბულის თბოიზოლაციის თვისებები, ზედაპირულ სისხლძარღვებსა და შინაგანი ორგანოების გემებს შორის სისხლის თბოგაცვლა. სითბოს გაფრქვევა რეგულირდება ბეწვის თმისა და ბუმბულის დახრილობით, რომელთა შორის ჰაერის უფსკრული ინახება.
საზღვაო ძუძუმწოვრებში კანქვეშა ცხიმი ნაწილდება მთელ სხეულში, იცავს ენდო-სითბოს. მაგალითად, ლუქებში ასეთი ცხიმიანი ჩანთა მთლიანი წონის 50%-მდე აღწევს. ამიტომ თოვლი საათობით არ დნება ყინულზე გაწოლილი სელაპების ქვეშ. ცხელ კლიმატში მცხოვრები ცხოველებისთვის, სხეულის ცხიმის თანაბარი განაწილება სხეულის მთელ ზედაპირზე ფატალური იქნება. ამიტომ მათი ცხიმი მხოლოდ სხეულის გარკვეულ ნაწილებში გროვდება (აქლემის კეხი, ცხვრის მსუქანი კუდი), რაც ხელს არ უშლის აორთქლებას სხეულის მთელი ზედაპირიდან. გარდა ამისა, ჩრდილოეთ ცივი კლიმატის ცხოველებს აქვთ სპეციალური ცხიმოვანი ქსოვილი (ყავისფერი ცხიმი), რომელიც მთლიანად გამოიყენება სხეულის გასათბობად.
უფრო სამხრეთი - უფრო დიდი ყურები და გრძელი ფეხები
სხეულის სხვადასხვა ნაწილი შორს არის ეკვივალენტისგან სითბოს გადაცემის თვალსაზრისით. სითბოს გადაცემის შესანარჩუნებლად მნიშვნელოვანია სხეულის ზედაპირისა და მისი მოცულობის თანაფარდობა, რადგან შინაგანი სითბოს მოცულობა დამოკიდებულია სხეულის მასაზე, ხოლო სითბოს გადაცემა ხდება მთლიანი ნაწილების მეშვეობით. სხეულის ამობურცულ ნაწილებს დიდი ზედაპირი აქვს, რაც კარგია ცხელი კლიმატისთვის, სადაც თბილსისხლიან ცხოველებს დიდი სითბოს გადაცემა სჭირდებათ. მაგალითად, დიდი ყურები მრავალი სისხლძარღვით, გრძელი კიდურებით და კუდით დამახასიათებელია ცხელი კლიმატის მაცხოვრებლებისთვის (სპილო, ფენეკ მელა, აფრიკელიგრძელყურა ჟერბოა). ცივ პირობებში, ადაპტაცია მიჰყვება ფართობის დაზოგვის გზას მოცულობამდე (ყურები და ბეჭდების კუდი).
არის კიდევ ერთი კანონი თბილისისხლიანი ცხოველებისთვის - რაც უფრო ჩრდილოეთით ცხოვრობენ ერთი ფილოგენეტიკური ჯგუფის წარმომადგენლები, მით უფრო დიდია ისინი. და ეს ასევე დაკავშირებულია აორთქლების ზედაპირის მოცულობის თანაფარდობასთან და, შესაბამისად, სითბოს დაკარგვასთან და ცხოველის მასასთან.
ეთიოლოგია და სითბოს გადაცემა
ქცევითი მახასიათებლები ასევე მნიშვნელოვან როლს თამაშობს სითბოს გადაცემის პროცესებში, როგორც პოიკილოთერმული, ასევე ჰომეოთერმული ცხოველებისთვის. ეს მოიცავს პოზის ცვლილებებს, თავშესაფრების მშენებლობას და სხვადასხვა მიგრაციას. რაც უფრო დიდია ხვრელის სიღრმე, მით უფრო გლუვია ტემპერატურის კურსი. შუა განედებისთვის, 1,5 მეტრის სიღრმეზე, სეზონური ტემპერატურის რყევები შეუმჩნეველია.
ჯგუფური ქცევა ასევე გამოიყენება თერმორეგულაციისთვის. ასე რომ, პინგვინები ერთმანეთში იკრიფებიან, მჭიდროდ ეკიდებიან ერთმანეთს. გროვის შიგნით, ტემპერატურა ახლოსაა პინგვინების სხეულის ტემპერატურასთან (+37 ° C) ყველაზე მძიმე ყინვებშიც კი. აქლემებიც იგივეს აკეთებენ - ჯგუფის ცენტრში ტემპერატურაა დაახლოებით +39 °C, ხოლო გარე ცხოველების ბეწვი შეიძლება გაცხელდეს +70 °C-მდე.
ჰიბერნაცია არის სპეციალური სტრატეგია
ტორპიდული მდგომარეობა (სტუპორი) ან ჰიბერნაცია თბილისისხლიანი ცხოველების სპეციალური სტრატეგიაა, რომელიც საშუალებას იძლევა გამოიყენონ სხეულის ტემპერატურის ცვლილებები ადაპტაციური მიზნებისთვის. ამ მდგომარეობაში ცხოველები წყვეტენ სხეულის ტემპერატურის შენარჩუნებას და ამცირებენ მას თითქმის ნულამდე. ჰიბერნაცია ხასიათდება მეტაბოლური სიჩქარის დაქვეითებით დადაგროვილი რესურსების მოხმარება. ეს არის კარგად რეგულირებული ფიზიოლოგიური მდგომარეობა, როდესაც თერმორეგულაციის მექანიზმები გადადის უფრო დაბალ დონეზე - იკლებს გულისცემა (მაგალითად, დორმაუსში 450-დან 35 დარტყმამდე წუთში), ჟანგბადის მოხმარება მცირდება 20-100-ჯერ..
გაღვიძება მოითხოვს ენერგიას და ხდება თვითდათბობით, რაც არ უნდა აგვერიოს ცივსისხლიანი ცხოველების სისულელეში, სადაც ის გამოწვეულია გარემოს ტემპერატურის დაქვეითებით და არის თვით ორგანიზმის მიერ დაურეგულირებელი მდგომარეობა (გაღვიძება ხდება გარე ფაქტორების გავლენის ქვეშ).
სტუპორი ასევე რეგულირებადი მდგომარეობაა, მაგრამ სხეულის ტემპერატურა მხოლოდ რამდენიმე გრადუსით ეცემა და ხშირად თან ახლავს ცირკადულ რიტმს. მაგალითად, კოლიბრი დუნდება ღამით, როდესაც მათი სხეულის ტემპერატურა 40°C-დან 18°C-მდე ეცემა. არსებობს მრავალი გადასვლები ტორპორსა და ჰიბერნაციას შორის. ასე რომ, მიუხედავად იმისა, რომ დათვების ძილს ზამთრის ჰიბერნაციას ვუწოდებთ, სინამდვილეში, მათი მეტაბოლიზმი ოდნავ მცირდება და სხეულის ტემპერატურა მხოლოდ 3-6 ° C-ით ეცემა. სწორედ ამ მდგომარეობაში შობს დათვი ბელს.
რატომ არის ცოტა ჰომოიოთერმული ორგანიზმები წყლის გარემოში
ჰიდრობიონტებს შორის (წყალში მცხოვრები ორგანიზმები) თბილსისხლიანი ცხოველების რამდენიმე წარმომადგენელია. ვეშაპები, დელფინები, ბეწვის სელაპები მეორადი წყლის ცხოველები არიან, რომლებიც ხმელეთიდან დაბრუნდნენ წყლის გარემოში. თბილსისხლიანობა ძირითადად დაკავშირებულია მეტაბოლური პროცესების მატებასთან, რომლის საფუძველია ჟანგვის რეაქციები. და ჟანგბადი აქ მთავარ როლს თამაშობს. და, როგორც მოგეხსენებათ, შიწყლის გარემოში ჟანგბადის შემცველობა არ აღემატება 1%-ს მოცულობით. წყალში ჟანგბადის დიფუზია ათასობითჯერ ნაკლებია, ვიდრე ჰაერში, რაც მის ხელმისაწვდომობას ხდის. გარდა ამისა, ტემპერატურის მატებასთან ერთად და წყლის ორგანული ნაერთებით გამდიდრებასთან ერთად მცირდება ჟანგბადის შემცველობა. ეს ყველაფერი ენერგიულად არახელსაყრელს ხდის წყლის გარემოში დიდი რაოდენობით თბილსისხლიანი ორგანიზმების არსებობას.
დადებითი და უარყოფითი მხარეები
თბილსისხლიანი ცხოველების მთავარი უპირატესობა ცივსისხლიანებთან შედარებით არის მათი მზადყოფნა იმოქმედონ გარემოს ტემპერატურის მიუხედავად. ეს არის შესაძლებლობა გაუძლოს ღამის ტემპერატურას ყინვასთან ახლოს და მიწის ჩრდილოეთ ტერიტორიების განვითარებას.
თბილსისხლიანების მთავარი ნაკლი არის ენერგიის მაღალი მოხმარება სხეულის მუდმივი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად. და ამის მთავარი წყარო საკვებია. თბილსისხლიან ლომს ათჯერ მეტი საკვები სჭირდება, ვიდრე იმავე წონის ცივსისხლიან ნიანგს.
