в чем заключается различие между теплокровными и холоднокровными животными

Разница между теплокровными и холоднокровными

Животные по-разному реагируют на температурные условия своей среды обитания. В связи с этим одних представителей фауны называют теплокровными, а других причисляют к холоднокровным. Какие особенности можно заметить в каждом случае, и чем отличаются теплокровные от холоднокровных? Об этом рассказывается ниже.

Кто относится к той и другой группе

Тем временем всей группе беспозвоночных (насекомым, червям, моллюскам и прочим) соответствует характеристика «холоднокровные». Сюда же причисляют некоторых позвоночных: пресмыкающихся, амфибий и обитателей исключительно водной стихии – рыб.

Сравнение

Названия двух обсуждаемых категорий животных говорят сами за себя. В чем состоит отличие теплокровных от холоднокровных? В том, что у первых температура тела никогда не бывает слишком низкой, при этом она относительно постоянная, несмотря на мороз или жару извне. Холоднокровные же «остывают», когда погода становится суровой, или «нагреваются» одновременно с окружающей средой.

Как теплокровным удается сохранять неизменной температуру тела? За это отвечают механизмы саморегуляции. Изнутри животных греет энергия, которая появляется после переработки пищи или в результате физической активности. Не растерять тепло помогает плотный перьевой покров, густой мех, слой жира под кожей. Охлаждается же тело за счет выделения пота. Кроме того, почувствовав дискомфорт из-за сильного похолодания или жары, животное может сменить место своего нахождения, например, спрятаться в тени от палящих лучей.

Холоднокровные представители не способны регулировать и сохранять на одном уровне температуру тела, используя ресурсы своего организма. Внутренние процессы, способствующие выработке тепла, у них сильно замедлены, поэтому если собственная температура и превышает окружающую, то лишь незначительно. А когда в природе становится слишком холодно, эти существа временно прекращают свою активность – впадают в анабиоз.

В чем разница между теплокровными и холоднокровными? В преимуществах, которыми обладают те и другие. Так, холоднокровные, благодаря анабиозу, даже без пищи способны к самосохранению при критическом понижении температуры. Представителям второй группы это не свойственно, при морозе, не добыв пропитания, они могут погибнуть. Между тем именно теплокровность признается более выгодной особенностью животных. Обладая таким свойством организма, они остаются активными в любых климатических условиях, проявляя при этом лучшую выживаемость.

Источник

Холоднокровные животные

Практически все млекопитающие подразделяются на два вида: теплокровные и холоднокровные. Основа такого разделения определяется источником энергии для терморегуляции. Холоднокровные животные не способны сами вырабатывать внутреннее тепло, из-за чего температура их тела держится на одном и том же уровне, а меняется в зависимости от колебания климата. Холоднокровные животные, которые обитают на территориях с засушливым и жарким климатом, могут становиться теплее теплокровных. Таким образом, холоднокровные животные с легкостью регулируют температуру своего тела, греясь на солнце или прячась в тени.

Пресмыкающиеся

Гадюка обыкновенная

Полоз желтобрюхий

Водяной уж

Медянка

Веретеница

Ящерица зеленая

Ящерица живородящая

Окулярная кобра

Черный аспид

Гюрза

Песчаная эфа

Гремучая змея

Анаконда

Варан

Сетчатый питон

Слоновая черепаха

Земноводные

Травяная лягушка

Квакша

Жаба серая

Тритон

Ёрш-носарь

Судак

Щука

Треска

Окунь

Тюлька

Налим

Толстолобик

Угорь

Карась золотой

Заключение

Холоднокровные животные имеют ряд специфических отличий. Они могут быть более активными и быстрыми, что обусловлено реакцией на тепло. В случае дефицита солнечного тепла, животные могут становиться довольно вялыми и пассивными. Примечателен тот факт, что многие из них не нуждаются в большом количестве еды. Некоторые змеи могут употреблять пищу только один раз в месяц. Холоднокровным представителям фауны свойственно впадать в спячки, в которых они переживают холодные зимние времена года. Если температура их ареала обитания держится на минусовой отметке длительное время, то ряд животных может погибнуть.

Источник

Чем отличается хладнокровное животное от теплокровного?

Говоря о животных, мы часто слышим о теплокровных или холоднокровных животных в зависимости от породы. Любой новичок считает, что это различие связано с тем, что температура крови бывает то одной, то другой. Это не так, и на самом деле разница между холоднокровными и теплокровными животными сложнее, чем кажется на первый взгляд. У многих видов животных нет крови, например, у медуз или морских губок. На самом деле, все дело в изменении температуры тела.

Предвзятое представление о температуре крови животных

Эктотермические или пойкилотермические животные

Так называемые холоднокровные животные на самом деле являются эктотермами, также называемыми пойкилотермами. На самом деле, у этих животных внутренняя температура непостоянна. Они не производят свое внутреннее тепло, а регулируют его в зависимости от среды, в которой живут. Например, когда наступает ночь, их температура снижается, а днем, особенно если солнечно, температура повышается. Некоторые из этих животных могут жить только в тепле, потому что при понижении температуры атмосферы они погибают. Это касается многих насекомых, например, стрекоз.

Различные стратегии, используемые экзотермическими животными для повышения температуры

Для повышения температуры хладнокровные экзотермические животные используют несколько способов повышения внутренней температуры тела. В принципе, они меняют окружающую среду. Таким образом, некоторые будут нагреваться на солнце, как ящерица или змеи. Другие преодолевают тысячи километров, чтобы поплавать в более теплых водах или заняться физической активностью. Для некоторых эти изменения являются довольно деликатными. Ововивипарные животные, которые хранят яйца в своем теле, например, самки змей, должны находиться в тепле, но не слишком холодном, чтобы температура их тела в этот период жизни не слишком сильно колебалась.

Теплокровные гомеотермические животные

Теплокровные гомеотермические животные относятся к видам, внутренняя температура которых может меняться. Они обладают способностью к термогенезу, то есть способностью вырабатывать тепло. Независимо от того, насколько жарко на улице, их внутренняя температура остается более или менее одинаковой. Эти теплокровные или, точнее, гомеотермные животные тратят много энергии на регулирование внутренней температуры и питаются гораздо чаще, чем эктотермные животные. Люди относятся к этой категории. Наша температура держится около 37° днем и ночью, независимо от времени года и погодных условий. Внутренняя температура может повышаться при наличии заболевания. В этом случае, когда температура повышается, это называется лихорадкой. Это повышение является предупреждением, а лихорадка помогает бороться с болезнью. К гомеотермическим животным относятся птицы и млекопитающие.

Среди так называемых теплокровных гомеотермических животных есть исключение. Это гетеротермные животные, обладающие способностью впадать в спячку, такие как, например, медведи. Зимой, когда холодно, им удается снизить температуру тела, чтобы затратить минимум энергии, за счет сна в самое холодное время года. Эта способность помогает им противостоять голоду в этот период. Некоторые птицы также гомеотермичны, например, свиристель, когда она уже не может сама себя прокормить. В течение целой ночи зимой она способна впадать в летаргию, чтобы сохранить свою энергию.

Происхождение теплокровных гомеотермических животных

С начала 1990-х годов стало известно, что многие динозавры и птицы были и остаются гомеотермичными. В 2017 году исследователи провели изотопный анализ 90 окаменелостей. Этот анализ показал, что гомеотермия появилась в поздней перми, 252-259 миллионов лет назад. Благодаря этой гомеотермии они смогли пережить пермско-триасовое вымирание 22 миллиона лет назад.

Некоторые особенности

Некоторые животные не подходят ни под одну из вышеперечисленных категорий. Они используют лишь частичную терморегуляцию, как, например, акулы, тунец или рыба-меч, которые могут регулировать температуру своего мозга, сердца и глаз при охоте в очень холодных водах.

Другие животные используют коллективную терморегуляцию для совместного согревания, например, пчелы, которые вибрируют крыльями, чтобы согреть улей зимой или охладить его летом.

Животные используют другие стратегии для согревания или охлаждения своей внутренней температуры, будь то гомеотермы или эктотермы. Например, змеи, ящерицы и другие рептилии выставляют себя на солнце, чтобы повысить внутреннюю температуру, которая может легко достигать 45°. Другие используют толстый слой подкожного жира, как моржи, или очень толстые перья, как пингвины, а также собираются в группы, как императорские пингвины.

Чтобы сохранить тепло, эктотермическое животное все равно учитывает свой размер, потому что чем меньше оно, тем большую площадь поверхности тела оно должно обнажить. То же самое относится и к тем, кто вынужден снижать температуру, укрываясь в тени, как некоторые насекомые в пустыне.

Эти различия между экзотермическими животными и гомеотермными животными имеют одну общую черту: поддержание температуры, достаточной для выживания в среде, адаптированной для каждого вида.

Источник

Пойкилотермные животные: примеры, особенности, плюсы и недостатки эктотермии

Источник энергии, используемый животными является главным критерием, на основе которого животных разделяют на две группы: холоднокровных (пойкилотермия или эктотермия) и теплокровных (гомойотермия или эндотермия).

Холоднокровные животные не могут самостоятельно регулировать внутреннее тепло, поэтому температура их тела не постоянна и меняется в зависимости от условий окружающей среды. В жаркой среде, их кровь может быть гораздо теплее, чем у теплокровных животных, в том же районе. Для того, чтобы регулировать температуру, пойкилотермные животные греются на открытом солнце или охлаждаются в тени.

Примеры холоднокровных животных

Пойкилотермные животные могут быть наземными или водными. Пресмыкающиеся (включая змей, ящериц, черепах, аллигаторов и крокодилов), некоторые насекомые (такие как стрекозы и пчелы), амфибии (лягушки, жабы и саламандры), а также рыбы (в том числе акулы) – все являются хладнокровными. Хотя динозавры были рептилиями, они, как полагают, имели характеристики как холоднокровных, так и теплокровных животных, и принадлежали к переходной группе со сложным метаболизмом, подобно птицам.

Характеристика пойкилотермных животных

В теплой среде обитания, холоднокровные животные более активны и могут перемещаться относительно быстро. Это происходит потому, что термоактивируемые реакции обеспечивают энергию для работы мышц. Если тепла недостаточно, то животное становится вялым и медленным. Поэтому холоднокровные, как правило, неактивны и отдыхают, когда холодно.

Поскольку пойкилотермные животные не нуждаются в большом количестве пищи, они тратят меньше времени на ее поиск. В таких местах, как пустыни, где пищи мало, ящерицы и змеи имеют преимущество. Большинство холоднокровных животных впадают в спячку, чтобы преодолеть зимние холода, или имеют короткую продолжительность жизни, как и в случае многих насекомых.

Рыбы перемещаются в более глубокие и теплые воды, в то время как насекомые прячутся под землей или в обогреваемых местах, чтобы избежать зимнего холода. Некоторые виды рыб имеют специальный белок в крови со свойствами антифриза.

Во избежания длительных периодов на дневной жаре многие холоднокровные животные спят в прохладных или затененных местах. Летняя спячка или летний сон отличается от зимней спячки тем, что длится только в течение дня.

Преимущества пойкилотермии

Так как холоднокровные не генерируют свое собственное тепло, отношение массы к площади поверхности тела не столь важно, как у теплокровных животных. Таким образом, пойкилотермные животные могут быть как маленькими (насекомые, улитки, ящерицы и т.п.), так и очень большими (крокодилы). Кроме того, температура их тела не является постоянной, поэтому они меньше страдают от болезней, чем теплокровные животные.

Так как холоднокровные не нуждаются в пище, чтобы генерировать тепло, они могут выжить без кормления в течение длительного времени, именно поэтому некоторые змеи питаются только один раз в месяц. В периоды дефицита пищи, пойкилотермные животные малоактивны и преимущественно отдыхают. Большая часть пищи, которую они употребляют преобразовывается в массу тела.

Недостатки пойкилотермии

Холоднокровные животные, как правило, распространены в более теплых регионах мира. Когда температура падает, их метаболизм замедляется. Если температура остается холодной в течение длительных периодов, пойкилотермные животные могут умереть.

Источник

Теплокровность: предпосылки и следствия

Возникновение теплокровности — одно из значительных и загадочных событий в эволюции позвоночных животных. Теплокровные животные, обладая более высоким уровнем аэробного метаболизма по сравнению с холоднокровными, в меньшей степени зависят от температуры окружающей среды. Однако, теплокровность — это дорогая адаптация, т.к. она требует значительных затрат энергии. Какие условия необходимы были для того, чтобы такая дорогостоящая адаптация, как теплокровность, стала выгодной и, следовательно, начала поддерживаться естественным отбором?

Гомойотермия («теплокровность») — это способность животного неопределенно долгое время сохранять заданную (в частном случае, — постоянную) температуру в «ядре» своего тела независимо от колебаний температуры среды в достаточно широком диапазоне.

Гомойотермия поддерживается эндотермически, т.е. за счет метаболического тепла, образуемого как побочный результат необходимых физиологических процессов и активности, или как результат специальной терморегуляционной теплопродукции. У пойкилотермных животных, в отличие от гомойотермных, температура тела пассивно следует за изменением температуры среды, но может быть ей не равна как благодаря использованию солнечных лучей или нагретых предметов («эктотермия»), так и применению испарительного охлаждения.

Гомойотермия — ярко выраженный ароморфоз — прогрессивное эволюционное изменение строения, приводящее к общему повышению уровня организации организмов (Северцов,1925).

Происхождение и пути возникновения гомойотермии — в течение многих десятилетий широко обсуждаемая проблема (Северцов,1925; Будыко, 1982; Дольник, 2003, Гаврилов, 2006, 2012; Bennett, Ruben, 1979; Barrick, Showers, 1994; Fricke, Rogers, 2000; Seebacher, 2003; Amiot et al., 2006; Eagle et al., 2010, 2011 и др.). За время дискуссии были неоднократно предложены почти все мыслимые гипотезы происхождения гомойотермии. Однако всегда было ясно, что в основе своей это проблема биоэнергетическая. В данном сообщении я предлагаю рассмотреть еще несколько гипотез с точки зрения экологической энергетики современных животных.

Высокая и относительно постоянная температура внутренней среды дает то преимущество, что скорости химических реакций в организме высоки и могут не зависеть от внешней температуры. Млекопитающие и птицы имеют много более высокий уровень аэробного метаболизма, который может обеспечивать такие поведенческие проявления, которые невозможны дня низших позвоночных. Кроме этого их гомойотермное состояние, высокая и стабильная температура тела дает им возможность избегать замедляющего влияния низких температур на метаболическое обеспечение поведения и уровень метаболизма. Поэтому реактивность гомойотермных животных, их локомоторная активность, возможность выполнить определенные действия (полететь, прыгнуть, пробежать) и скорость усвоения пищи, во-первых, выше, чем у пойкилотермных, а, во-вторых, постоянна и пассивно не зависит от внешних условий.

Гомойотермия — очень дорогая адаптация, т.к. для ее обеспечения необходимо потреблять и расходовать энергию.

При активности образуется много тепла и очень быстро возрастает температура тела, что губительно, так как при высокой температуре денатурируются белки.

Из-за большого времени разогрева у крупных животных факультативная эндотермия, т.е та, которой предположительно обладали динозавры, была невыгодна, а теплопроводность покровов рептилий так велика, что не может обеспечить сохранение эндогенного тепла в покое при любой температуре тела.

Следовательно, надо иметь совершенные системы отдачи тепла, чтобы обеспечивать равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей.

Основная термодинамическая проблема при активности у пойкилотермных животных — это рассеивание тепла, вырабатываемого при активности и вообще при работе. Для этого необходимы эффективные механизмы отдачи тепла — развитая кровеносная система и способность управлять теплоизоляцией покровов.

Отсюда — следующая предпосылка формирования гомойотермии. Чтобы увеличить продолжительность активности, нужно создавать механизмы отдачи избыточного тепла.

Интенсивности метаболизма и, соответственно, скорости поглощения кислорода у птиц и млекопитающих и в состоянии покоя, и в состоянии активности в 10–12 раз выше таковых у пойкилотермных животных соответствующей массы, но, по-видимому, достигаются у птиц и млекопитающих разными способами. Млекопитающие, развивавшие аэробный метаболизм, произошли в триасе, когда содержание кислорода в атмосфере было приблизительно на 50% ниже современного уровня и даже уровня в юре (Яншин, 1997; Иванов, 2000). Резкое понижение общей массы и процентного содержания кислорода в триасе было связано с широким распространением в это время аридных условий на материках (Яншин, 1997). В этих условиях они избавились от ядер в эритроцитах (получив безъядерные и двояковогнутые, у которых площадь поверхности заключенного и количество заключённого в них гемоглобина больше), что позволяет иметь более тонкие капилляры, а двояковогнутость обеспечивает большую поверхность обмена. Птицы, которые произошли от более совершенных рептилий, устроили себе мощную респираторную и кровеносную системы, и, так как они произошли в то время, когда содержание кислорода в атмосфере Земли приближалось к современному уровню, им не понадобилось избавляться от ядер в эритроцитах.

Возникновение гомойотермных животных, у которых, в первую очередь, интенсифицируется аэробный метаболизм для увеличения активности, происходит в раннем и среднем мезозое, но вплоть до середины мела не происходит их истинного расцвета. Начало расцвета птиц и млекопитающих коррелирует с появлением покрытосеменных растений и связанной с ними фауны беспозвоночных. Связано ли это с каналом энергии для удовлетворения высоких потребностей в пище гомойотермных животных? Почему судьбы млекопитающих и динозавров, которые произошли в триасе, столь различны? Гомойотермия, являясь ярко выраженным ароморфозом, более 100 млн лет «тлела» в недрах биосферы, дожидаясь своего часа.

Динозавры уже в юре достигли огромного разнообразия, сохраняясь до середины и конца мела. А расцвет млекопитающих — это только самый конец мела и кайнозой. Произошло ли это из-за отсутствия достаточной кормовой базы для млекопитающих — что сомнительно, ведь огромное разнообразие тех же динозавров представляло для хищных млекопитающих неисчерпаемую кормовую базу, да и фауна беспозвоночных была достаточно разнообразна в это время. Могли ли биосферные условия вплоть до середины мела не позволять в полной мере использовать преимущества гомойотермии? Почему только с появлением покрытосеменных растений и связанной с ними фауны беспозвоночных наступает заметный расцвет фауны млекопитающих?

Трудно допустить, что гомойотермные млекопитающие, обладающие на порядок большей мощностью и возникшие в одно время с динозаврами, не смогли завоевать достойное место в биоценозах. Возможны следующие варианты объяснения этого парадокса.

Динозавры обладали истинной гомойотермией (эндотермией). Это значит, что наряду с высокой температурой тела обладали и высоким аэробным метаболизмом. Никаких достоверных доказательств этому нет. Но если все-таки это допустить, тогда они действительно составляли конкуренцию, в первую очередь, млекопитающим. Первые ночные и мелкие млекопитающие легко могли быть вытеснены гомойотермными динозаврами из магистральных ниш. Поэтому попытки «измерить» температуру тела динозавров или найти доказательства их высокого метаболизма следует продолжать. Но вероятность, что у динозавров был высокий аэробный метаболизм, с моей точки зрения, ничтожна.

Второй вариант — гомойотермность первых млекопитающих и выгоды высокой активности и выносливости долгое время не позволяли в полной мере использовать эти преимущества из-за связанного с ними высокого потребления энергии и невозможности канализировать необходимые источники пищи. В условиях, существовавших в триасе и юре с преобладанием мезофитной растительности и малой продуктивностью сообществ, гомойотермия птиц и млекопитающих не могла предоставить им экологические ниши с нужным потоком энергии, не говоря уже о возможности увеличить разнообразие. Естественный отбор позволил животным с высоким энергетическим метаболизмом увеличить разнообразие и численность только тогда, когда эти (гомойотермные) животные могли удовлетворять свои возросшие во много раз потребности в пищевых ресурсах. Произошло это в середине мела, с появлением покрытосеменных растений и увеличением фауны беспозвоночных, связанных с ними. Именно в середине мелового периода наступает глобальный кризис наземных биоценозов (Расницын, 1988). Как пишет В. В. Жерихин (1980), «…позднемеловые насекомые отличаются от раннемеловых очень резко, причем уже сеноманские фауны вполне типичны для позднего мела и сохраняют лишь отдельные архаичные черты. По-видимому, эта смена, самая быстрая и резкая в истории насекомых вообще, связана с экспансией покрытосеменных в конце раннего мела». Приблизительно с этого времени началась экологическая экспансия птиц и млекопитающих, выражавшаяся в их адаптивной радиации. Распространение покрытосеменных растений и насекомых как пищевых ресурсов, способных удовлетворить гомойотермных, но не большинство рептилий, приспособленных к питанию предшествующей мезофитной флорой и фауной, способствовало экологической экспансии гомойотермных. Птицы и млекопитающие вытеснили рептилий из магистральных ниш, освоили различные местообитания и быстро вышли в крупные размерные классы (млекопитающие — 8 размерных порядков, птицы — 6). Этому способствовало и постепенное понижение температуры на Земле в это время.

Следующий вариант — триасовые и юрские млекопитающие и птицы, ископаемые останки которых представлены фрагментами, еще не были животными с развитой гомойотермией. Возможно, что диагностические морфологические признаки, по которым они были отнесены к млекопитающим недостаточны, чтобы свидетельствовать об истинной гомойотермии. Они были «пробными попытками» биосферы создать животных с развитой аэробной мощностью и с постоянным (базальным) уровнем метаболизма, обеспечивающим мгновенный переход к активности. Я считаю, что только в мелу и произошли животные с истинной гомойотермией — эндотермией (три подкласса млекопитающих и настоящие птицы).

Еще один вариант — это комбинация двух последних. Они, в принципе, не противоречат друг другу. Первые птицы и млекопитающие, по-видимому, действительно не обладали совершенной эндотермией. Но они сразу стали совершенствовать аэробное окисление и, следовательно, нуждались в большем количестве пищи, и с появление покрытосеменных растений — ее стало достаточно.

Морфофизиологическую основу гомойотермии обеспечило эволюционное развитие систем, связанных с циркуляцией крови, дыханием, и с развитием термоизоляции покровов тела. Все эти системы позволили менять теплоотдачу без интенсификации испарения и развить гомойотермию с обязательным образованием базальной метаболической мощности. Базальная метаболическая мощность обеспечивает поддержание гомойотермии, но ее происхождение связано не с терморегуляционными проблемами, а с необходимостью поддерживать высокий уровень активности. Терморегуляция, как, собственно, и сама гомойотермия, — побочные продукты увеличения аэробной мощности в процессе формирования гомойотермных животных.

В отличие от собственно гомойотермии, которая не может развиваться постепенно, усиление аэробного метаболизма для активности могло развиваться постепенно, т.к. оно дает преимущество на всех этапах его увеличения.

Хотелось бы подчеркнуть, что до настоящего времени из рептилий дожили в основном затаивающиеся хищники и лишь небольшое количество растительноядных форм (в основном в мелком размерном классе), почти все они приурочены к «теплым» местообитаниям. В то же время, гомойотермные животные, расходующие на свое существование на порядок больше энергии и потребляющие соответственное количество пищи, завоевали практически всю пригодную для жизни часть биосферы, канализировали новые потоки энергии и вытеснили рептилий из магистральных ниш. Освоение умеренных и высоких широт в кайнозое осуществили птицы и млекопитающие.

Экологическая экспансия птиц и млекопитающих привела их к всесветному распространению от Антарктиды (пингвины) до Арктики (белые медведи), не говоря о водных млекопитающих.

Разнообразные адаптации млекопитающих и птиц способствовали освоению не только суши, но также пресных и морских водоемов, грунта, воздуха. Они обеспечили необычайно широкое по сравнению с другими позвоночными использование пищевых ресурсов — спектр питания млекопитающих и птиц разнообразнее состава кормов других наземных и водных позвоночных, что увеличивает значение млекопитающих в биосфере и их роль в различных биоценозах.

Источник