If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Kurs: Biologia - program rozszerzony > Rozdział 8

Lekcja 2: Przepływ energii w ekosystemach
Nauki przyrodnicze
Biologia - program rozszerzony
Ekologia
Przepływ energii w ekosystemach
© 2024 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie

Zwierzęta endotermiczne (stałocieplne) oraz ektotermiczne (zmiennocieplne)

Google Classroom
Różnica pomiędzy zwierzętami endotermicznymi i ektoermicznymi. Jak czytać wykresy dotyczące zwierząt endotermicznych i ektotermicznych. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości, dzięki wsparciu firmy Deloitte.

Kluczowe informacje

  • Większość zwierząt wymaga utrzymania wewnętrznej temperatury ciała w stosunkowo wąskim zakresie.
  • Zwierzęta endotermiczne (stałocieplne) do utrzymania temperatury ciała wykorzystują ciepło wytwarzane wewnętrznie. Temperatura ich ciała pozostaje stała niezależnie od środowiska.
  • Zwierzęta ektotermiczne (zmiennocieplne) są zależne od zewnętrznych źródeł ciepła, a ich temperatura ciała zmienia się wraz z temperaturą otoczenia.
  • Zwierzęta wymieniają ciepło ze swoim otoczeniem na drodze promieniowania, przewodzenia - czasami wspomaganego przez konwekcję - i parowania.

Wprowadzenie

Jak jest dzisiaj na zewnątrz? Jeśli akurat jest zima, może być dość zimno. Jeśli jest lato, może być całkiem gorąco. Tak czy inaczej, prawdopodobnie temperatura wewnętrzna twojego ciała wynosi około 98.6∘F/37∘C. Jak widzieliśmy w artykule o homeostazie, mechanizmy takie jak dreszcze i pocenie się zostają uruchomione, gdy organizmowi jest zbyt zimno lub zbytnio gorąco, co pozwala utrzymać stałą temperaturę wewnętrzną.
Nie wszystkie organizmy utrzymują temperaturę ciała w tak wąskim zakresie, jak my, ludzie, ale praktycznie każde zwierzę na planecie musi do pewnego stopnia regulować temperaturę ciała - choćby po to, aby woda w jego komórkach nie zamieniła się w lód lub aby uniknąć denaturacji enzymów metabolicznych pod wpływem ciepłem.
Mówiąc najogólniej, zwierzęta można podzielić na dwie grupy w zależności od tego, jak regulują temperaturę ciała: endotermiczne (stałocieplne) i ektotermiczne (zmiennocieplne). Przyjrzyjmy się bliżej różnicy między tymi dwiema grupami.

Zwierzęta endotermiczne i ektotermiczne

Ludzie, niedźwiedzie polarne, pingwiny i pieski preriowe, podobnie jak większość innych ptaków i ssaków, są zwierzętami endotermicznymi. Legwany i grzechotniki, podobnie jak większość innych gadów - wraz z większością ryb, płazów i bezkręgowców - są zwierzętami ektotermicznymi.
Zwierzęta endotermiczne większość ciepła, którego potrzebują generują wewnętrznie. Kiedy jest zimno, zwiększają metaboliczną produkcję ciepła, aby utrzymać stałą temperaturę ciała. Z tego powodu wewnętrzna temperatura ciała zwierzęcia endotermicznego jest mniej więcej niezależna od temperatury otoczenia.
Zależność ta jest przedstawiona na poniższym wykresie: mysz utrzymuje stałą temperaturę ciała bliską 37∘C w szerokim zakresie temperatur zewnętrznych.
Wykres przedstawiający temperaturę wewnętrzną myszy w zależności od różnych temperatur zewnętrznych.
Oś X: temperatura zewnętrzna w stopniach Celsjusza, od 0 do 40 stopni
Oś Y: wewnętrzna temperatura zwierzęcia w stopniach Celsjusza, od 0 do 40 stopni
Temperatura ciała myszy utrzymuje się na poziomie zbliżonym do 37 stopni Celsjusza w zakresie temperatur otoczenia od około 5 stopni Celsjusza do 42 stopni Celsjusza. Obserwuje się spadek temperatury ciała myszy , gdy temperatura otoczenia spadnie poniżej 5 stopni Celsjusza i wzrost temperatury ciała myszy , gdy temperatura otoczenia wzrośnie powyżej 42 stopni Celsjusza. Oznacza to, że jest to prosta pozioma linia o wartości 37 stopni Celsjusza dla większości zakresu temperatury otoczenia.
Mysz jest zwierzęciem endotermicznym; wytwarza ciepło metaboliczne w celu utrzymania wewnętrznej temperatury ciała.
Źródło obrazu: wykres oparty na daych z Cannon and Nedergaard1, Figure 2, oraz na podobnym wykresie w Purves et al.2
Z drugiej strony w przypadku zwierząt ektotermicnych (zmiennocieplnych) temperatura ciała zależy głównie od zewnętrznych źródeł ciepła. Oznacza to, że temperatura ciała zwierząt ektotermicznych rośnie i spada wraz z temperaturą otaczającego środowiska. Chociaż zwierzęta ektotermiczne generują pewne ilości ciepła metabolicznego - jak wszystkie żywe istoty - nie mogą zwiększyć jego produkcji, aby utrzymać określoną temperaturę wewnętrzną.
Wykres przedstawiający temperaturę wewnętrzną węża w zależności od różnych temperatur zewnętrznych.
Oś X: temperatura zewnętrzna w stopniach Celsjusza, od 0 do 40 stopni
Oś Y: wewnętrzna temperatura zwierzęcia w stopniach Celsjusza, od 0 do 40 stopni
Temperatura ciała węża zmienia się wraz z temperaturą zewnętrzną, tworząc linię o nachyleniu równym jeden, w zakresie temperatur zewnętrznych od około 5 stopni Celsjusza do 42 stopni Celsjusza.
Wąż jest zwierzęciem ektotermicznym; jego temperatura ciała zmienia się wraz z temperaturą otoczenia.
Źródło obrazu: wykres oparty na teoretycznym wykresie z Meek3, Figure 1 oraz w Akin4, Figure 1
Jednak większość zwierząt ektotermicznych do pewnego stopnia reguluje temperaturę ciała. Po prostu nie robią tego przez wytwarzanie ciepła. Zamiast tego stosują inne strategie, zachowania - szukanie słońca, cienia itp. - by znaleźć środowiska, których temperatura odpowiada ich potrzebom.
Niektóre gatunki zacierają granicę między zwierzętami endotermicznymi i ektotermicznymi. Na przykład zwierzęta, które hibernują, są endotermiczne, gdy są aktywne, ale przypominają ektotermiczne, gdy hibernują. Duże ryby, takie jak tuńczyk i rekin, wytwarzają i przechowują wystarczającą ilość ciepła, aby podnieść temperaturę ciała powyżej temperatury otaczającej wody, ale w przeciwieństwie do właściwych zwierząt endotermicznych nie utrzymują określonej temperatury ciała. Nawet niektóre owady mogą wykorzystywać ciepło metaboliczne do podwyższenia temperatury ciała poprzez napinanie mięśni odpowiadających za latanie!5,6,7
Jeszcze jedna ważna kwestia: z reguły zwierzęta endotermiczne mają znacznie wyższe tempo przemiany materii niż zwierzęta ektotermiczne. Dzieje się tak, ponieważ muszą spalać duże ilości paliwa - pożywienia - aby utrzymać wewnętrzną temperaturę ciała.

Po co regulować temperaturę?

W przypadku większości zwierząt istnieją pewne podstawowe ograniczenia dotyczące temperatury ciała, którą są w stanie przeżyć. Na jednym końcu spektrum, woda zamarza w 32∘F/ 0∘C, tworząc lód. Jeśli kryształki lodu utworzą się wewnątrz komórki, najprawdopodobniej zniszczą jej błony komórkowe. Na drugim końcu spektrum, w temperaturach powyżej 104∘F/ 40∘C enzymy i inne białka w komórkach często zaczynają tracić kształt i funkcję, czyli zaczynają denaturować .8
Dlaczego wiele organizmów - w tym ty i ja - utrzymuje temperaturę ciała w węższym zakresie, niż wspomniany powyżej? Szybkość reakcji chemicznych zmienia się wraz z temperaturą, zarówno dlatego, że temperatura wpływa na szybkość zderzeń między cząsteczkami, jak i dlatego, że enzymy kontrolujące reakcje mogą być wrażliwe na temperaturę. Reakcje mają tendencję do zwiększania szybkości wraz ze wzrostem temperatury, aż do punktu, powyżej którego ich szybkość gwałtownie spada, gdy enzymy biorące w nich udział ulegają denaturacji.
Każdy gatunek ma własną sieć reakcji metabolicznych i zestaw enzymów zoptymalizowanych pod kątem określonego zakresu temperatur. Utrzymując temperaturę ciała w docelowym zakresie, organizmy zapewniają prawidłowy przebieg reakcji metabolicznych.

Bilans temperatury

Zarówno w przypadku zwierząt endotermicznych, jak i ektotermicznych, temperatura ciała zależy od równowagi między ciepłem wytwarzanym przez organizm a ciepłem wymienianym - utraconym lub uzyskanym - ze środowiskiem.
Ciepło zawsze migruje się od cieplejszych do chłodniejszych obiektów, jak opisano w Drugiej zasadzie termodynamiki.
Organizm może wymieniać ciepło ze swoim otoczeniem na trzy główne sposoby: promieniowanie, przewodzenie - wraz z konwekcją - i parowanie.
Słońce świeci na psa siedzącego na ziemi. Pies pochłania i odbija promieniowanie, w powietrzu wokół psa zachodzi konwekcja, na powierzchni psa następuje parowanie, a pomiędzy psem a podłożem następuje przewodzenie ciepła.
  • Promieniowanie: Promieniowanie to przenoszenie ciepła z cieplejszego obiektu do chłodniejszego na drodze promieniowania podczerwonego, czyli bez bezpośredniego kontaktu.
  • Przewodność: Ciepło może być przenoszone między dwoma obiektami w bezpośrednim kontakcie za pomocą przewodzenia. Przewodzenie ciepła między skórą a powietrzem lub wodą jest wspomagane przez konwekcję, w której ciepło jest przenoszone poprzez ruch powietrza lub cieczy.
  • Parowanie: Odparowanie wody z powierzchni prowadzi do utraty ciepła - na przykład, gdy pot odparowuje ze skóry. Aby dowiedzieć się, dlaczego tak jest, zapoznaj się z filmem Dlaczego pocenie się ochładza?.
W jaki sposób organizmy kontrolują produkcję i wymianę ciepła, aby utrzymać odpowiednią temperaturę wewnętrzną? Odpowiemy na to pytanie w następnym artykule na temat strategii regulacji temperatury.

Sprawdź swoją wiedzę: wykresy tempa metabolizmu

Poniższy wykres przedstawia tempo metabolizmu jako funkcję temperatury zewnętrznej dla dwóch zwierząt: endotermicznego i ektotermicznego.
Oś Y: wskaźnik zużycia tlenu
Oś X: temperatura zewnętrzna w zakresie od 0 do 40 stopni Celsjusza.
Niebieska krzywa A: maleje liniowo od 5 stopni Celsjusza do około 28 stopni Celsjusza, jest płaska od 28 stopni Celsjusza do około 37 stopni Celsjusza i rośnie liniowo od 37 stopni Celsjusza do 40 stopni Celsjusza.
Czerwona krzywa B: rośnie powoli i mniej więcej liniowo od 5 stopni Celsjusza do 40 stopni Celsjusza.
Czerwona krzywa znajduje się poniżej niebieskiej krzywej we wszystkich punktach wykresu.
Źródło obrazu: wykres oparty na Hiebert and Noveral9, Figure 1
Która krzywa odpowiada zwierzęciu endotermicznemu, a która ektotermicznemu?
Wybierz 1 odpowiedź:

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się
Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.