Терморегуляция, которая поддерживает постоянную внутреннюю температуру тела независимо от внешнего воздействия
Группа, в которую входят млекопитающие и птицы, являющиеся «теплокровными» гомойотермными животными (выделены красным), является полифилетической .
Гомеотермия , гомотермия или гомойотермия [1] — это терморегуляция , которая поддерживает стабильную внутреннюю температуру тела независимо от внешнего воздействия. Эта внутренняя температура тела часто, хотя и не обязательно, выше температуры непосредственной окружающей среды [2] (от греч. ὅμοιος homoios «подобный» и θέρμη thermē «тепло»). Гомеотермия — один из 3 типов терморегуляции у теплокровных видов животных. Противоположностью гомеотермии является пойкилотермия . Пойкилотерм — это организм, который не поддерживает постоянную внутреннюю температуру, а его внутренняя температура колеблется в зависимости от окружающей среды и физического поведения. [3]
Гомеотермы не обязательно являются эндотермами . Некоторые гомеотермы могут поддерживать постоянную температуру тела только с помощью поведенческих механизмов, т. е. поведенческой терморегуляции. Многие рептилии используют эту стратегию. Например, пустынные ящерицы примечательны тем, что они поддерживают почти постоянную температуру активности, которая часто находится в пределах градуса или двух от их летальной критической температуры.
Эволюция
Происхождение гомеотермии
Эволюция гомеотермии — сложная тема, для объяснения ее происхождения предложено множество гипотез. Вот наиболее распространенные гипотезы:
Гипотеза метаболической эффективности : Эта гипотеза предполагает, что гомеотермия развилась в результате повышения метаболической эффективности. Поддержание постоянной внутренней температуры обеспечивает оптимальную активность ферментов и биохимические реакции. Эта эффективность могла бы обеспечить преимущество с точки зрения поддержания уровня активности, улучшенного поиска пищи и усиления мышечной функции.
Гипотеза эндотермической родительской заботы : эта гипотеза предполагает, что гомеотермия развилась как способ обеспечения постоянной и теплой внутренней среды для развивающихся эмбрионов или молодого потомства. Эндотермия могла позволить родителям сохранять свои яйца или детенышей в тепле, что привело к повышению уровня выживаемости и успешному воспроизводству.
Гипотеза уровня активности : Гомеотермия могла развиться для обеспечения постоянного уровня активности. Холоднокровные животные часто ограничены внешними температурами, которые могут влиять на их способность охотиться, избегать хищников и выполнять другие важные действия. Гомеотермия могла обеспечить селективное преимущество, позволяя животным быть активными в течение более длительных периодов времени, увеличивая их шансы на выживание.
Динамика хищник-жертва : эволюция гомеотермии может быть связана с динамикой хищник-жертва. Если бы хищники были холоднокровными, а их добыча — теплокровной, хищникам, возможно, было бы сложнее эффективно охотиться в более прохладных условиях. Гомеотермия у видов добычи могла бы обеспечить конкурентное преимущество, позволяя им поддерживать постоянную производительность в более широком диапазоне температур.
Нестабильность окружающей среды : Колебания климата Земли в эволюционных временных масштабах могли бы привести к развитию гомеотермии. Окружающая среда с непредсказуемыми изменениями температуры могла благоприятствовать животным, которые могли регулировать температуру своего тела изнутри, что позволяло им адаптироваться к изменяющимся условиям.
Коэволюция с микроорганизмами : Гомеотермия могла развиться в ответ на взаимодействие с микроорганизмами, такими как паразиты и патогены. Теплокровные животные могли получить преимущество, создав неблагоприятную среду для многих болезнетворных организмов, тем самым снизив риск инфекций.
Изоляция и терморегуляция : Гомеотермия могла возникнуть как ответ на развитие изолирующих структур, таких как мех, перья или другие покрытия. По мере того, как животные развивали эти изолирующие особенности, они были лучше приспособлены для поддержания стабильной внутренней температуры. Со временем это могло привести к более совершенным механизмам терморегуляции.
Высота и доступность кислорода : Некоторые исследователи предполагают, что гомойотермия могла развиться по мере миграции животных на большие высоты, где уровень кислорода ниже. Гомеотермия могла помочь компенсировать сниженную доступность кислорода, обеспечивая эффективное использование кислорода и общую метаболическую функцию.
Миграционные модели : Животные, которые мигрировали на большие расстояния, сталкивались с широким диапазоном температурных условий. Гомеотермия могла развиться как способ поддержания энергоэффективной миграции за счет снижения необходимости часто останавливаться и согреваться.
Энергетические преимущества : Гомеотермия могла обеспечить энергетические преимущества, позволяя животным использовать более широкий спектр экологических ниш и источников пищи. Теплокровные животные могли выживать в местах обитания, где холоднокровные конкуренты боролись из-за температурных ограничений.
Эти гипотезы не являются взаимоисключающими, и эволюция гомеотермии, вероятно, включала комбинацию факторов. Точное происхождение гомеотермии все еще является областью активных исследований и дискуссий в научном сообществе.
Преимущества
Ферменты имеют относительно узкий температурный диапазон, в котором их эффективность оптимальна. Температуры за пределами этого диапазона могут значительно снизить скорость реакции или полностью остановить ее. [4] Существо с довольно постоянной температурой тела может, следовательно, специализироваться на ферментах, которые эффективны при этой конкретной температуре. Пойкилотерм должен либо работать значительно ниже оптимальной эффективности большую часть времени, мигрировать, впадать в спячку или тратить дополнительные ресурсы на производство более широкого спектра ферментов, чтобы покрыть более широкий диапазон температур тела.
Однако некоторые среды предлагают гораздо более постоянную температуру, чем другие. Например, в тропиках часто наблюдаются сезонные колебания температуры, которые меньше суточных колебаний. Кроме того, большие водоемы, такие как океан и очень большие озера , имеют умеренные колебания температуры. Воды под поверхностью океана особенно стабильны по температуре.
Недостатки
Поскольку многие теплокровные животные используют ферменты, которые специализированы для узкого диапазона температур тела, гипотермия быстро приводит к оцепенению и затем смерти. Кроме того, теплокровность, полученная из теплокровности, является высокоэнергетической стратегией [5] , и многие среды будут предлагать этим организмам более низкую грузоподъемность . В холодную погоду расход энергии на поддержание температуры тела ускоряет голодание и может привести к смерти.
^ Макнаб, Брайан К. (1978-01-01). «Эволюция эндотермии в филогении млекопитающих». The American Naturalist . 112 (983): 1–21. doi :10.1086/283249. ISSN 0003-0147. S2CID 84070652.
^ Иванов, КП (2005). «Развитие представлений о гомеотермии и терморегуляции» (PDF) . Журнал тепловой биологии . 31 (1–2): 24–29. doi :10.1016/j.jtherbio.2005.12.005. Архивировано из оригинала (PDF) 25.02.2017 . Получено 25.02.2017 .
