Definicja Ectotherm
Ectotherm to organizm, który pobiera ciepło, którego potrzebuje ze środowiska. Jest to przeciwieństwo endotermy, która wytwarza potrzebne ciepło w wyniku wewnętrznych reakcji chemicznych. Powszechnym błędem jest przekonanie, że ektoterma jest „zimnokrwista”. Ektoterma może regulować swoją temperaturę behawioralnie, przenosząc się do cieplejszych obszarów lub ustawiając się tak, aby zmniejszyć utratę ciepła. Dlatego, podczas gdy wiele ektoterm pozwala na obniżenie temperatury ciała w okresach braku aktywności W czasie aktywności zwykle utrzymują temperaturę ciała w zakresie zbliżonym do ssaków. Ektoterma może być termoregulatorem lub termokonformatorem, w zależności od tego, czy aktywnie zmienia swoją temperaturę ciała. Bycie ektotermą ma też szereg zalet i wad. Te tematy zostaną omówione poniżej.
Termoregulacja w ektotermie
Powszechnym błędnym przekonaniem dotyczącym zimnokrwistości ektotermy jest niezrozumienie tego, jak działają te zwierzęta. Wszystkie zwierzęta potrzebują pewnego rodzaju ciepła energii potrzebnej do reakcji chemicznych w ich ciałach. Endotermy czerpią to ciepło z rozpadu bogatych w energię tkanek, takich jak tłuszcze, i poprzez szybkie skurcze mięśni, znane jako s hivering. Procesy te uwalniają ciepło, które jest następnie rozprowadzane w organizmie poprzez układ krążenia. Podobnie ektoterma również wykorzystuje układ krążenia do rozprowadzania ciepła po całym ciele, ale pochodzi ono z innego źródła.
Zamiast tego opierając się prawie wyłącznie na energii cieplnej zawartej w pożywieniu, ektotermy wykorzystują promieniowanie cieplne dostarczane przez otoczenie. Ciepło to można uzyskać na wiele sposobów. Najczęstszym sposobem jest promieniowanie słoneczne, ponieważ wiele ektoterm wykorzystuje promienie słoneczne do ogrzewania. Innym sposobem jest przewodzenie. Skały i ziemia pochłaniają energię słoneczną i po pewnym czasie wypromieniowują tę energię w postaci promieniowania podczerwonego. Ektoterma może również ustawić się w pobliżu lub na przedmiotach, które emitują ciepło, aby je pochłonąć. Wykorzystują to termoregulacyjne ektotermy, które przed okresami aktywności zwiększają temperaturę ciała do znacznego poziomu. Wtedy, zwykle w nocy, ektoterma pozwoli obniżyć temperaturę ciała, ponieważ nie potrzebuje dodatkowego ciepła. Odparowanie wody i odprowadzenie ciepła z organizmu powoduje utratę ciepła. Termoregulująca ektoterma będzie również dostosowywać się do zachowań, aby poradzić sobie z tymi stratami, takimi jak ukrywanie się w norze lub minimalizowanie parowania poprzez postawę ciała i oddychanie.
Istnieją również termokonformacje termiczne. Termokonformator to zwierzę, które niewiele lub nic robi, aby zmienić temperaturę ciała. Ektoterma tworząca ciepło jest również znana jako poikiloterma. Weźmy na przykład pod uwagę większość ryb. Woda ma zdolność bardzo szybkiego usuwania ciepła z organizmu. Gdy ryby oddychają, woda przepływa bezpośrednio przez ich skrzela i chłodzi ich krew. W rezultacie większość ryb ma taką samą temperaturę jak woda wokół nich. Nie drżą ani nie wygrzewają się w słońcu, gdy są zimne, ich maksymalny poziom aktywności po prostu spada. Niektóre zwierzęta ektotermiczne żyją nawet w mroźnych środowiskach i używają wyspecjalizowanych jonów i cząsteczek środka przeciw zamarzaniu, aby zapobiec zamarzaniu komórek. Inne, podobnie jak wiele bezkręgowców, po prostu zamrażają i czekają na rozmrożenie. Na drugim końcu spektrum znajdują się również duże ryby, takie jak tuńczyki i rekiny, które utrzymują wyższą temperaturę ciała dzięki wyspecjalizowanym wzorcom krążenia i dużej aktywności. Niektórzy nawet argumentowali, że ryby te mogą do pewnego stopnia być endotermiczne.
Zatem sposób, w jaki ektoterma może termoregulować, jest bardzo zróżnicowany. W kategorii ektotermy istnieje całe spektrum, które obejmuje wszystkie te metody regulacji temperatury. To powiedziawszy, bardzo niewiele ektoterm faktycznie ma „zimną” krew. W porównaniu z ludźmi i innymi endotermami po prostu pozwalają na znacznie większe wahania temperatury ciała. Chociaż może się wydawać, że endotermy są w jakiś sposób „bardziej rozwinięte” lub bardziej złożone, jest to po prostu nie jest. Ponieważ wszystkie żyjące dziś organizmy ewoluują przez ten sam czas, fakt, że istnieją zarówno endotermy, jak i ektotermy, oznacza, że oba systemy mają swoje zalety i wady. W rzeczywistości pod względem liczby gatunków i ogólnej biomasy ektotermy znacznie przewyższają endotermy. Dzieje się tak, ponieważ bycie ektotermą ma wiele zalet i tylko kilka wad.
Plusy i minusy bycia ektotermą
Zalety
Ektotermy mają wyraźną przewagę nad endotermami, jeśli chodzi o zużycie energii. Ssaki zwykle zużywają około 98% swojej energii na utrzymanie temperatury ciała. Oznacza to, że mogą utrzymywać wysoki poziom aktywności przez prawie cały czas, ale oznacza to również, że mogą zużywać tylko około 2% energii zawartej w pożywieniu do wzrostu i reprodukcji. Ektoterma nie ma tego problemu.Większość ektotermów zużywa ponad 50% energii zawartej w pożywieniu na wzrost i rozmnażanie. Oznacza to, że ektotermy mogą przetrwać na znacznie mniejszej ilości pokarmu niż endotermy o podobnej wielkości. Ektoterma może po prostu pozwolić swojemu organizmowi ostygnąć w nocy, zmniejszając ilość pożywienia potrzebnego do przeżycia. Poniższy wykres pokazuje zdolność ektotermy do przetrwania w szerszej gamie temperatur wewnętrznych.
Zdolność ciała wahania temperatury dają szereg innych wyraźnych korzyści. Obniżona temperatura ciała oznacza wolniejszy przebieg procesów komórkowych, co zmniejsza całkowity metabolizm. Jest to ważne dla ryb i innych stworzeń, które zimą żyją w zamarzniętych wodach. W sumie stwierdzono, że ektoterma zużywa około jednej dziesiątej energii, którą zużywa endoterma. Te oszczędności energii przekładają się bezpośrednio na szybszy wzrost i większą reprodukcję. Tam, gdzie ptak może złożyć kilka jaj, gad podobnej wielkości złoży ich setki. Jednak ektotermy również napotykają wyraźne ograniczenia.
Wady
Ssaki i inne endotermy rozwinęły się z jakiegoś powodu: istniała nisza do wypełnienia, w której zwierzęta ektotermiczne nie mogły konkurować. Aby okresowo obniżać poziom swojej aktywności, są one narażone na drapieżnictwo. Niezależnie od tego, czy wygrzewasz się na słońcu, czy zasypiasz, ponieważ temperatura ciała spada, wiele zachowań ektotermicznych jest ryzykownych. Endotermy nie mają tego spadku energii każdego dnia i dlatego są bardziej gotowe do reagowania na niebezpieczeństwo. Zwróć uwagę na powyższy wykres, że oznacza to również, że ektotermy mają niższy ogólny poziom aktywności. Chociaż jest to poważna wada, nie powstrzymała milionów ektoterm.
Drugim głównym problemem, który wyklucza ektotermy z pewnych środowisk, jest temperatura. Wiele ssaków i ptaków może żyć tam, gdzie ektotermy nie mogą. Zwierzęta te wykorzystują adaptacje, takie jak sierść i pióra, aby odizolować się od ekstremalnych temperatur. Inne ektotermy, takie jak te na pustyni, mają trudności z utrzymaniem równowagi wodnej, ponieważ jest ona bezpośrednio związana z ich mechanizmem ogrzewania i chłodzenia. Jak widać na poniższych przykładach, wiele ektoterm ma dziwne adaptacje behawioralne, które pozwalają im zrekompensować te problemy.
Przykłady Ectotherm
Galapagos Iguanas
Legwan galapagos (Amblyrhynchus cristatus), zwany także legwanem morskim, jest doskonałym przykładem termoregulującej ektotermy. Rano iguana wyłania się z nory i zajmuje pozycję na czarnej lawy. Temperatura iguany jest naprawdę niska, ponieważ iguana pozwoliła mu spaść przez noc. Gdy słońce uderza w iguanę i otaczające ją skały, legwan pochłania promieniowanie słoneczne i podczerwone docierające do jego ciała. Skieruje nawet największą powierzchnię swojego ciała w stronę słońca, podobnie jak panel słoneczny, aby pochłonąć maksymalną ilość ciepła. W końcu iguana jest gorąca i gotowa do aktywności, jak widać na poniższym obrazku. Legwany morskie są wyjątkowe, ponieważ żerują pod wodą w poszukiwaniu glonów.
Legwan spływa z klifów i pogrąża się w zimnie woda oceaniczna. Woda szybko zaczyna wyciągać ciepło z ciała iguany. Musi spieszyć się z karmieniem, zanim zrobi się zbyt zimno, aby poruszyć mięśniami. Chociaż iguany mogą wstrzymywać oddech przez ponad 30 minut, muszą wkrótce potem wrócić na brzeg, aby zacząć odzyskiwać ciepło. Legwan powraca na powierzchnię po karmieniu i pływa na brzeg. Musi teraz wspiąć się z powrotem na klify i zacząć ponownie wchłaniać ciepło. W ten sposób iguana aktywnie reguluje swoją temperaturę, aby zapewnić sobie wystarczającą ilość ciepła do wydajnego karmienia. W nocy legwan powróci do swojej nory i przyjmie znacznie niższą temperaturę ciała, zbliżoną do temperatury powietrza.
Rzekotka drzewna
Rzekotka to ektoterma, która zestaw problemów. Las deszczowy to bardzo ciepłe miejsce, nawet nocą. Większość żab drzewnych niekoniecznie musi obniżać poziom swojej aktywności w nocy. Ich cykl temperaturowy jest zwykle oparty na innym zjawisku: parowaniu. W ciągu dnia drzewa pobierają wodę z ziemi i przenoszą ją do powietrza nad baldachimem. Po południu powietrze jest nasycone i zaczyna padać. Ten stały obieg wody wpływa również na żaby drzewne. Gdy powietrze wysycha w najgorętszej porze dnia, woda z żaby zaczyna wyparowywać. To nie tylko wysusza żabę, ale także obniża temperaturę jej ciała.
Ale żaby drzewne nie są pozbawione swoich sztuczek. Niektóre żaby wskakują do zbiorników wodnych w tej porze dnia, ponieważ stojąca woda jest zwykle dość ciepła i nie tracą wody w wyniku parowania. Inne żaby przybrały dziwne pozy, które chronią ich najbardziej wrażliwe obszary przed utratą wody. Następnie, gdy zaczną padać popołudniowe deszcze, żaby mogą zacząć polować i żerować na owadach.To idealnie pasuje do nadejścia nocy, kiedy pojawia się wiele owadów.
Zamarzająca ryba
Ostatnim przykładem jest nieregulująca ektoterma. W wodach tak zimnych, że normalne ryby zamarzają, występuje kilka gatunków ryb. Aby woda stała się lodem, musi zaistnieć kilka czynników. Po pierwsze, musi być wystarczająco zimno. Po drugie, musi istnieć jakaś cząsteczka, która działa jak „zarodek”, na którym osadzą się kryształki lodu. Wreszcie, woda nie może zawierać cząsteczek, które uniemożliwiają tworzenie się lodu. Ryby występujące w tych warunkach są poikilotermami lub ektotermami, które nie są Te zwierzęta nie potrzebują dużo ciepła do utrzymania poziomu aktywności, ale chronią się przed zamarzaniem.
Te zwierzęta zarówno aktywnie filtrują zanieczyszczenia z krwi, jak i wytwarzają specjalne białka, które zapobiegają tworzeniu się lodu. To pozwala zwierzętom na egzystencję w temperaturach znacznie poniżej zera, z zamarzaniem. Słona woda nie zamarza przed znacznie niższymi temperaturami z powodu rozpuszczonych soli, ale woda wewnątrz komórek zwierzęcych jest znacznie mniej słona i powinna zamarznąć przed słoną wodą. ryby zamarzłyby ze skrzeli niemal natychmiast w tych wodach. Ryby te zapobiegają temu i są w stanie rozwijać się w niszy, do której inni nie docierają.
Quiz
1. Który z fol lowing jest ektotermą?
A. Zebra
B. Struś
C. Snake
2. Jakie są zalety bycia ektotermą?
A. Cały czas jest ci ciepło
B. Do regulacji temperatury zużywasz znacznie mniej energii
C. Możesz zbierać żywność w dowolnej temperaturze
3. Znalazłeś nowe zwierzę. Monitorujesz go przez cały dzień i widzisz, że jego temperatura bardzo się zmienia. Widzisz również, że aktywnie przesuwa się do różnych pozycji, gdy jego temperatura osiąga określone skrajności. To zwierzę to:
A. Poikilotherm
B. Endotherm
C. Ectotherm