endoterm -Endotherm
| Hayvanlarda termoregülasyon |
|---|
 |
Endoterm ( Yunanca ἔνδον endon "içinde" ve θέρμη thermē "ısı") vücudunu metabolik olarak uygun bir sıcaklıkta tutan, neredeyse tamamen ortam ısısına dayanmak yerine, büyük ölçüde iç vücut işlevleri tarafından salınan ısıyı kullanan bir organizmadır . . Bu tür dahili olarak üretilen ısı, esas olarak hayvanın rutin metabolizmasının tesadüfi bir ürünüdür , ancak aşırı soğuk veya düşük aktivite koşulları altında bir endoterm, özellikle ısı üretimine uyarlanmış özel mekanizmalar uygulayabilir. Örnekler arasında titreme gibi özel işlevli kas eforu ve kahverengi yağ dokusu içinde olduğu gibi bağlanmamış oksidatif metabolizma sayılabilir .. Yalnızca kuşlar ve memeliler , evrensel olarak endotermik hayvan gruplarıdır. Bazı Arjantinli siyah beyaz tegular , lamnid köpekbalıkları, ton balığı ve deniz balıkları da endotermiktir.
Genel tabirle endotermler " sıcak kanlı " olarak tanımlanır. Endoterminin tersi ektotermidir , ancak genel olarak endotermlerin ve ektotermlerin doğası arasında mutlak veya net bir ayrım yoktur.
Menşei
Endotermi , yaklaşık 252 ila 259 milyon yıl önce Permiyen Dönemi'nin sonuna doğru ortaya çıktı .
mekanizmalar
Isı üretmek ve korumak
Birçok endoterm, hücre başına ektotermlerden daha fazla miktarda mitokondriye sahiptir. Bu, yağları ve şekerleri metabolize etme hızlarını artırarak ısı üretmelerini sağlar . Buna göre, endotermik hayvanlar, yüksek metabolizmalarını sürdürmek için tipik olarak ektotermik hayvanlardan birkaç kat daha fazla yiyeceğe ihtiyaç duyarlar ve genellikle daha sürekli bir metabolik yakıt kaynağına ihtiyaç duyarlar.
Birçok endotermik hayvanda, kontrollü bir geçici hipotermi durumu , vücut sıcaklığının neredeyse ortam seviyelerine düşmesine izin vererek enerji tasarrufu sağlar. Bu tür durumlar torpor adı verilen kısa, düzenli sirkadiyen döngüler olabilir veya çok daha uzun, hatta kış uykusu adı verilen mevsimsel döngülerde ortaya çıkabilir . Birçok küçük kuşun (örn. sinek kuşları ) ve küçük memelilerin (örn . tenrecs ) vücut sıcaklıkları, günlük hayvanlarda her gece veya gece hayvanlarında gün boyunca olduğu gibi günlük hareketsizlik sırasında önemli ölçüde düşer ve böylece vücut sıcaklığını korumanın enerji maliyetini azaltır. Diğer, daha büyük endotermlerde de vücut sıcaklığında daha az şiddetli aralıklı azalma meydana gelir; örneğin insan metabolizması da uyku sırasında yavaşlar ve çekirdek sıcaklıkta genellikle 1 santigrat derecelik bir düşüşe neden olur. Sıcaklıkta, genellikle daha küçük, ya içsel ya da dış koşullara ya da şiddetli efora tepki olarak başka değişiklikler olabilir ve ya bir artış ya da bir düşüş olabilir.
Dinlenen insan vücudu, ısısının yaklaşık üçte ikisini göğüs ve karın bölgesindeki iç organlardaki ve ayrıca beyindeki metabolizma yoluyla üretir. Beyin, vücut tarafından üretilen toplam ısının yaklaşık %16'sını üretir.
Isı kaybı, daha büyük bir yüzey alanı-hacim oranına sahip olduklarından, daha küçük canlılar için büyük bir tehdittir . Küçük sıcak kanlı hayvanlar , kürk veya tüy şeklinde yalıtıma sahiptir . Foklar gibi suda yaşayan sıcak kanlı hayvanlar genellikle derinin altında derin balina yağı katmanlarına ve sahip olabilecekleri herhangi bir tüye sahiptir; her ikisi de yalıtımına katkıda bulunur. Penguenlerin hem tüyleri hem de yağları vardır. Penguen tüyleri pul gibidir ve hem yalıtım hem de düzene hizmet eder. Kutup suları gibi çok soğuk koşullarda veya ısı kaybına yatkın koşullarda yaşayan endotermler, uçlarında ısı değiştirici görevi gören özel kan damarı yapılarına sahip olma eğilimindedir . Damarlar sıcak kanla dolu arterlere bitişiktir. Arteriyel ısının bir kısmı soğuk kana iletilir ve gövdeye geri dönüştürülür. Kuşların, özellikle de kuşların bacaklarında genellikle çok iyi gelişmiş ısı değişim mekanizmaları vardır - imparator penguenlerin bacaklarındakiler , Antarktika kış buzunda aylar geçirmelerini sağlayan uyarlamaların bir parçasıdır. Soğuğa tepki olarak birçok sıcak kanlı hayvan, ısı kaybını azaltmak için vazokonstriksiyon yoluyla cilde kan akışını da azaltır . Sonuç olarak, ağarırlar (soluklaşırlar).
Aşırı ısınmayı önleme
Ekvatoral iklimlerde ve ılıman yazlarda aşırı ısınma ( hipertermi ) soğuk kadar büyük bir tehdittir. Sıcak koşullarda, birçok sıcakkanlı hayvan, nefes nefese kalarak ısı kaybını arttırır, bu da nefesteki suyun buharlaşmasını artırarak hayvanı soğutur ve/veya kızarma, cilde kan akışını arttırır, böylece ısı çevreye yayılır . İnsanlar ve atlar da dahil olmak üzere tüysüz ve kısa tüylü memeliler de terler , çünkü terdeki suyun buharlaşması ısıyı uzaklaştırır. Filler , otomobillerdeki radyatörler gibi kocaman kulaklarını kullanarak serin kalırlar . Kulakları incedir ve kan damarları cilde yakındır ve üzerlerindeki hava akışını artırmak için kulaklarını çırpmak kanın soğumasına neden olur, bu da kan dolaşım sisteminin geri kalanından geçtiğinde çekirdek vücut ısısını düşürür.
Endotermik metabolizmanın artıları ve eksileri
Endoterminin ektotermiye göre en büyük avantajı, dış sıcaklıktaki dalgalanmalara karşı kırılganlığın azalmasıdır. Konumdan (ve dolayısıyla dış sıcaklıktan) bağımsız olarak endotermi, optimum enzim aktivitesi için sabit bir çekirdek sıcaklığı korur.
Endotermler, vücut sıcaklığını dahili homeostatik mekanizmalarla kontrol eder. Memelilerde, termoregülasyonda iki ayrı homeostatik mekanizma yer alır - bir mekanizma vücut ısısını arttırırken diğeri düşürür. İki ayrı mekanizmanın varlığı çok yüksek derecede kontrol sağlar. Bu önemlidir çünkü memelilerin çekirdek sıcaklığı, enzim aktivitesi için optimum sıcaklığa mümkün olduğunca yakın olacak şekilde kontrol edilebilir.
Bir hayvanın metabolizmasının genel hızı, sıcaklıktaki her 10°C'lik (18°F) artış için yaklaşık iki kat artar ve hipertermiden kaçınma ihtiyacıyla sınırlıdır . Endotermi, harekette ektotermiden (soğukkanlılık) daha fazla hız sağlamaz—ektotermik hayvanlar, aynı boyuttaki sıcak kanlı hayvanlar kadar hızlı hareket edebilir ve ektoterm yakın veya optimum sıcaklıktayken gelişebilir, ancak çoğu zaman yüksek metabolizmayı sürdüremez. endotermler olduğu sürece aktivite. Endotermik/homeotermik hayvanlar, gündüz ve gece arasındaki keskin sıcaklık değişimlerinin olduğu yerlerde ve büyük mevsimsel sıcaklık farklılıklarının olduğu yerlerde yılın daha fazla olduğu yerlerde günlük döngü sırasında daha fazla zamanda optimal olarak aktif olabilirler . Buna, sabit iç sıcaklığı ve daha fazla gıda gereksinimini korumak için daha fazla enerji harcama ihtiyacı eşlik eder. Endotermi üreme sırasında önemli olabilir, örneğin embriyolar genellikle yetişkinler tarafından kolayca tolere edilen termal dalgalanmalara karşı toleranssız olduğundan, bir türün üreyebileceği termal aralığın genişletilmesinde önemli olabilir. Endotermi ayrıca mantar enfeksiyonuna karşı koruma sağlayabilir . On binlerce mantar türü böcekleri enfekte ederken, yalnızca birkaç yüz hedef memeliyi ve genellikle yalnızca bağışıklık sistemi zayıf olanları hedef alır . Yakın tarihli bir araştırma, mantarların memeli sıcaklıklarında gelişmek için temelde yetersiz donanıma sahip olduğunu öne sürüyor. Endoterminin sağladığı yüksek sıcaklıklar evrimsel bir avantaj sağlamış olabilir.
Ectotherm'ler vücut ısısını çoğunlukla güneş ışığı enerjisi gibi dış ısı kaynakları aracılığıyla artırır ; bu nedenle operasyonel vücut sıcaklıklarına ulaşmak için çevresel koşullara bağlıdırlar. Endotermik hayvanlar çoğunlukla metabolik aktif organlar ve dokular (karaciğer, böbrek, kalp, beyin, kas) veya kahverengi yağ dokusu (BAT) gibi özel ısı üreten dokular yoluyla iç ısı üretimini kullanır . Genel olarak, endotermler bu nedenle belirli bir vücut kütlesinde ektotermlerden daha yüksek metabolik hızlara sahiptir. Sonuç olarak, endotermlerin bolluğunu ektotermlerden daha fazla sınırlayabilen daha yüksek gıda alım oranlarına da ihtiyaç duyarlar.
Ektotermler vücut ısısının düzenlenmesi için çevresel koşullara bağlı olduğundan, genellikle gece ve sabahları ilk güneş ışığında ısınmak için barınaklarından çıktıklarında daha yavaştırlar. Bu nedenle yiyecek arama faaliyeti, çoğu omurgalı ektoterminde gündüz (günlük aktivite modelleri) ile sınırlıdır. Örneğin kertenkelelerde sadece birkaç türün gece olduğu bilinmektedir (örneğin birçok kertenkele) ve bunlar çoğunlukla aktif yiyecek arama için gerekli olan kadar yüksek vücut ısısı gerektirmeyen 'otur ve bekle' yiyecek arama stratejilerini kullanırlar. Endotermik omurgalı türleri bu nedenle çevresel koşullara daha az bağımlıdır ve günlük aktivite modellerinde (hem türler içinde hem de türler arasında) yüksek bir değişkenlik geliştirmiştir.
Endoterminin evriminin , Mezozoik dönemde öther memeli tür çeşitliliğinin gelişmesinde çok önemli olduğu düşünülmektedir . Endotermi, ilk memelilere küçük vücut boyutlarını korurken gece boyunca aktif olma kapasitesi verdi. Modern ötherian memelileri karakterize eden foto -almadaki uyarlamalar ve UV korumasının kaybı, orijinal olarak gece yaşam tarzına yönelik uyarlamalar olarak anlaşılır, bu da grubun evrimsel bir darboğazdan ( gece darboğazı hipotezi ) geçtiğini düşündürür. Bu, gündüz sürüngenlerinden ve dinozorlardan gelen yırtıcı baskıyı önleyebilirdi, ancak bazı yırtıcı dinozorlar, aynı derecede endotermik olduğundan, bu memelileri avlamak için bir gece yaşam tarzını benimsemiş olabilir.
fakültatif endotermi
Birçok böcek türü, egzersiz kullanarak göğüs sıcaklığını ortam sıcaklığının üzerinde tutabilir. Bunlar fakültatif veya egzersiz endotermleri olarak bilinir. Örneğin bal arısı , kanatlarını hareket ettirmeden antagonist uçuş kaslarını kasarak yapar ( böcek termoregülasyonuna bakınız ). Bununla birlikte, bu termojenez formu yalnızca belirli bir sıcaklık eşiğinin üzerinde ve yaklaşık 9–14 °C'nin (48–57 °F) altında etkilidir, bal arısı ektotermiye geri döner.
Fakültatif endotermi, metabolik ısılarını yumurtalarını ısıtmak için kullanan birçok yılan türünde de görülebilir. Python molurus ve Morelia spilota , dişilerin yumurtalarını sardığı ve kuluçkaya yatmak için titrediği iki piton türüdür.
bölgesel endotermi
Birkaç balık ve sürüngen türü de dahil olmak üzere bazı ektotermlerin , kas aktivitesinin vücudun belirli bölümlerinin vücudun geri kalanından daha yüksek sıcaklıklarda kalmasına neden olduğu bölgesel endotermiyi kullandığı gösterilmiştir. Bu, soğuk ortamlarda daha iyi hareket ve duyuların kullanılmasını sağlar.
Termodinamik ve biyolojik terminoloji arasındaki karşıtlık
Tarihsel tesadüf nedeniyle, öğrenciler fizik ve biyoloji terminolojisi arasında olası bir karışıklık kaynağıyla karşılaşırlar. Termodinamik terimleri " ekzotermik " ve " endotermik " sırasıyla ısı enerjisi veren işlemlere ve ısı enerjisini emen işlemlere atıfta bulunurken, biyolojide bu anlam etkin bir şekilde tersine çevrilir. Metabolik terimler " ektoterm" ve "endoterm" sırasıyla tam bir çalışma sıcaklığına ulaşmak için büyük ölçüde dış ısıya dayanan organizmalara ve vücut sıcaklıklarını kontrol etmede ana faktör olarak içeriden ısı üreten organizmalara atıfta bulunur.