Тема 18 Реакции организма на изменения внешней температуры

Цель:

- показать влияние факторов внешней среды на рост и развитие животных, раскрыть сущность процессов саморегуляции, адаптации

План:

1. Влияние температуры на рост и распространение животных.

2 Тепловой баланс и роль гипоталамуса.

3 Адаптация к жизни при высоких температурах.

4 Адаптация к жизни при низких температурах.

1 Тепло — форма энергии, имеющая очень важное значение для поддержания живых систем. Главным источником тепла для всех живых существ служит солнечная энергия. Солнечная энергия видимой части спектра используется автотрофами для фотосинтеза и аккумулируется в химических связях синтезируемых ими органических веществ. Молекулы этих веществ служат эндогенными источниками тепловой энергии, которая освобождается в процессе тканевого дыхания.

Температура является показателем количества тепловой энергии в системе и основным фактором, определяющим скорость химических реакций как в живых, так и в неживых системах.

Температура влияет на метаболическую активность животных и растений, воздействуя главным образом на ферменты и подвижность атомов и молекул. Это непосредственно сказывается на строении роста животных.

Разнообразие реакций животных на температуру зависит от степени стабильности температуры окружающей среды и от того, насколько данный вид способен регулировать температуру тела.

Колебание температуры вводной среде не велики. У большинства водных организмов температура тела колеблется вместе с температурой воды.

Воздух обладает относительно малой теплоёмкостью, поэтому его температура может сильно колебаться в течении суток. Одна из проблем, связанных с заселением животными суши, заключалась в трудности адаптации к этим температурным колебаниям. Необходимость такой адаптации привела к появлению разнообразных физиологических, поведенческих и экологических особенностей.

2 Тепловой баланс и роль гипоталамуса

Теловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдаёт, (гомойотермные)

Эндотермные животные (животные существующие за счёт внутренних источников тепла) способны вырабатывать достаточное количество тепла и регулировать теплоотдачу, поэтому равенство прихода и расхода тепла у них всегда сохраняется. Это свойство носит название гомойотермии. Любой механизм имеющий вход и выход, для поддержания своей стабильности нуждается в регуляторной системе.

У млекопитающих и птиц имеется хорошо развитая система терморегуляции, включающая рецепторы, эффекторы и чувствительный регуляторный центр в гипоталамусе. Этот центр следит за температурой крови, отражающей температуру тех органов, через которых она протекает. Информацию об изменениях наружной температуры гипоталамус получает от периферических терморецепторов, находящихся в коже; они воспринимают изменения окружающей температуры и посылают импульсы в гипоталамус ещё до того, как изменится температура внутренних областей тела. Существуют терморецепторы двух типов - холодовые и тепловые. При стимуляции эти рецепторы генерируют импульсы в отходящих от них афферентных нервных волокнах. Одна часть импульсов идёт в гипоталамус, а другая - в сенсорные зоны коры, где возникают температурные ощущения. Подсчитано, что у человека имеется примерно 150000 Холодовых и 16000 тепловых рецепторов. Это позволяет организму быстро и точно регулировать температуру внутренних областей тела. Повышение температуры тела стимулирует защитные реакции организма и способствует разрушению патогенных факторов. В случаях чрезмерно высокой температуры изменения головного мозга

3 Адаптация к жизни при низких температурах

Эктотермные (животные с низкой интенсивностью обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла, их активность зависит от температуры окружающей среды) и многие эндотермные животные не способны поддерживать в холодное время года такую температуру тела, которая позволяла бы им сохранять нормальную активность, и при низкой температуре впадают в ту или иную форму спячки.

У многих животных избыточной отдачи тепла через выступающие придатки тела препятствует распределение в них кровеносных сосудов. Артерии, несущие в эти придатки кровь, окружены венами, по которым кровь течёт обратно к телу. Тёплая артериальная кровь поступающая от тела, охлаждается холодной венозной кровью, текущей к телу. В свою очередь холодная венозная кровь, оттекающая от придатков, нагревается от тепловой артериальной крови, притекающей к ним. Поскольку в придатки поступает уже охлажденная кровь, теплоотдача значительно уменьшается. Такое устройство называется противоточным теплообменником; оно имеется в ластах тюлений и в хвостовых плавниках китов, в конечностях птиц и млекопитающих и в системе кровоснабжения семенников у млекопитающих.

Принцип противоточного обмена используется для переноса не только тепла, но и различных веществ, в том числе дыхательных газов и ионов.

В настоящее время в сердечной хирургии широко используется гипотермия, так как она позволяет хирургу производить операции на сердце без риска вызвать у больного повреждения головного мозга. При понижении температуры тела до 15 °С метаболические потребности клеток мозга снижаются до такой степени, что снабжение его кровью может быть прервано без каких-либо вредных последствий на время до одного часа. При более продолжительных операциях наряду с гипотермией применяют аппарат «сердце - лёгкие» для поддержания кровообращения в тканях.

4 Адаптация к жизни при высоких температурах

Животные, обитающие в местах, где температура воздуха превышает температуру кожи, поглощают тепло, и единственным способом снижения температуры тела служит испарение воды сего поверхности. В районах с жарким сухим климатом теплоотдача может осуществляться за счёт свободного испарения влаги, но обитающим здесь животным нужно каким-то образом получать воду в количестве, необходимом для охлаждения тела. В условиях смежного жаркого климата воды в полнее достаточно, но малый градиент влажности между организмом и окружающей средой нередко препятствует испарению. В таких случаях к физиологическим механизмам часто добавляются поведенческие формы терморегуляции, например использование тени и бризов, характерных для зоны влажных лесов и джунглей.

Организм получает тепло за счёт своей метаболической активности из окружающей среды. Количество тепла, поступающего извне, приблизительно пропорционально площади поверхности тела. Большинство животных, обитающих в пустынях, имеют небольшие размеры испытывают меньше трудностей, чем такие крупные животные, как верблюд. К тому же мелкие животные могут жить в норах, вырытых в песке или почве, где микроклимат более благоприятный.

Верблюд в условиях жаркого и сухого климата, но при наличии свободного доступа к воде может поддерживать температуру там в приделах 36-38 °С за счёт испарения воды с поверхности тела. Если же верблюд лишён воды, например во время многодневных переходов через пустыню, то по мере того, как он теряет воду, увеличивается разница в температуре тела в утренние и вечерние часы; при этом температура может колебаться от 34 °С рано утром до 41 °С после полудня. Верблюд накапливает тепло в дневные часы и не нуждается в том, чтобы отдавать его путём испарения. Если бы он терял столько тепла путём испарения, то для поддержания постоянной температуры тела ему приходилось бы терять 5 литров воды. Вместо этого теплоотдача у верблюда осуществляется путём излучения, теплопроводности в ночные часы. Ещё одно преимущества верблюда заключается в том, что он может переносить сильное обезвоживание. Большинство млекопитающих не способно переносить потерю воды, при которой вес тела уменьшается более чем на 10-14 %, тогда как верблюд может терять за счёт воды до 30 % своего веса, даже в этом случае он способен поддерживать нормальный объем плазмы крови. Обычно смерть от перегрева при обезвоживании связано с тем, что из-за уменьшения объём плазмы кровеносной система не может транспортировать тепло из внутренних областей тела его поверхности достаточно быстро, чтобы предотвратить перегрев.

Литература: 2, т.2, с.258-263

Контрольные вопросы:

1 Что такое организмы пойкилотермные и гомойотермные?

2 какую роль играет свет в жизни живых организмов?

3 Что такое анабиоз и каково его биологическое значение для живых организмов?