Keragaman kehidupan di planet kita sangat mencolok dalam skalanya. Studi terbaru oleh ilmuwan Kanada memberikan angka 8,7 juta spesies hewan, tumbuhan, jamur dan mikroorganisme yang menghuni planet kita. Selain itu, hanya sekitar 20% dari mereka yang dijelaskan, dan ini adalah 1,5 juta spesies yang kita ketahui. Organisme hidup telah menghuni semua relung ekologi di planet ini. Tidak ada tempat di dalam biosfer di mana tidak akan ada kehidupan. Di ventilasi gunung berapi dan di puncak Everest - di mana-mana kita menemukan kehidupan dalam berbagai manifestasinya. Dan, tidak diragukan lagi, alam berutang keragaman dan distribusi seperti itu pada kemunculan dalam proses evolusi fenomena berdarah panas (organisme homeotermik).
Batas kehidupan adalah suhu
Dasar kehidupan adalah metabolisme tubuh, yang bergantung pada kecepatan dan sifat proses kimia. TETAPIreaksi kimia ini hanya mungkin dalam kisaran suhu tertentu, dengan indikator dan durasi paparannya sendiri. Untuk sejumlah besar organisme, indikator batas rezim suhu lingkungan dianggap dari 0 hingga +50 derajat Celcius.
Tapi ini adalah kesimpulan spekulatif. Akan lebih akurat untuk mengatakan bahwa batas suhu kehidupan adalah di mana tidak ada denaturasi protein, serta perubahan ireversibel dalam karakteristik koloid sitoplasma sel, pelanggaran aktivitas enzim vital. Dan banyak organisme telah mengembangkan sistem enzimatik yang sangat khusus yang memungkinkan mereka untuk hidup dalam kondisi yang jauh melampaui batas ini.
Klasifikasi lingkungan
Batas suhu kehidupan yang optimal menentukan pembagian bentuk kehidupan di planet ini menjadi dua kelompok - kriofil dan termofil. Kelompok pertama lebih suka dingin untuk hidup dan khusus untuk hidup dalam kondisi seperti itu. Lebih dari 80% biosfer planet ini adalah daerah dingin dengan suhu rata-rata +5 °C. Ini adalah kedalaman lautan, gurun Arktik dan Antartika, tundra dan dataran tinggi. Peningkatan resistensi dingin disediakan oleh adaptasi biokimia.
Sistem enzim kriofil secara efektif menurunkan energi aktivasi molekul biologis dan mempertahankan metabolisme dalam sel pada suhu mendekati 0 °C. Pada saat yang sama, adaptasi berjalan dalam dua arah - dalam perolehan resistensi (oposisi) atau toleransi (perlawanan) terhadap dingin. Kelompok ekologi thermophiles adalah organisme yang optimal untukyang hidupnya adalah daerah bersuhu tinggi. Aktivitas hidup mereka juga disediakan oleh spesialisasi adaptasi biokimia. Perlu disebutkan bahwa dengan komplikasi organisasi tubuh, kemampuannya untuk termofilia berkurang.
Suhu tubuh
Keseimbangan panas dalam sistem kehidupan adalah totalitas aliran masuk dan aliran keluarnya. Suhu tubuh organisme tergantung pada suhu lingkungan (panas eksogen). Selain itu, atribut wajib kehidupan adalah panas endogen - produk metabolisme internal (proses oksidatif dan pemecahan asam adenosin trifosfat). Aktivitas vital sebagian besar spesies di planet kita bergantung pada panas eksogen, dan suhu tubuh mereka bergantung pada suhu lingkungan. Ini adalah organisme poikilothermic (poikilos - berbagai), di mana suhu tubuh bervariasi.
Poikilotherms adalah semua mikroorganisme, jamur, tumbuhan, invertebrata, dan sebagian besar chordata. Dan hanya dua kelompok vertebrata - burung dan mamalia - yang merupakan organisme homoiothermic (homoios - serupa). Mereka mempertahankan suhu tubuh yang konstan, terlepas dari suhu lingkungan. Mereka juga disebut hewan berdarah panas. Perbedaan utama mereka adalah adanya aliran panas internal yang kuat dan sistem mekanisme termoregulasi. Akibatnya, pada organisme homoiothermic, semua proses fisiologis dilakukan pada suhu optimal dan konstan.
Benar dan Salah
Beberapa poikilotermorganisme seperti ikan dan echinodermata juga memiliki suhu tubuh yang konstan. Mereka hidup dalam kondisi suhu eksternal yang konstan (kedalaman laut atau gua), di mana suhu sekitar tidak berubah. Mereka disebut organisme homoiothermic palsu. Banyak hewan yang mengalami hibernasi atau mati suri sementara memiliki suhu tubuh yang fluktuatif. Organisme yang benar-benar homoioterm (contoh: marmut, kelelawar, landak, burung walet, dan lain-lain) disebut heterotermal.
Dear aromorphosis
Kemunculan homoiothermia pada makhluk hidup adalah akuisisi evolusioner yang sangat memakan energi. Para ahli masih memperdebatkan asal mula perubahan progresif dalam struktur ini, yang menyebabkan peningkatan tingkat organisasi. Banyak teori telah diajukan untuk asal usul organisme berdarah panas. Beberapa peneliti mengakui bahwa dinosaurus pun bisa memiliki fitur ini. Tetapi dengan semua ketidaksepakatan para ilmuwan, satu hal yang pasti: munculnya organisme homoiothermic adalah fenomena bioenergi. Dan komplikasi bentuk kehidupan dikaitkan dengan peningkatan fungsional mekanisme perpindahan panas.
Kompensasi suhu
Kemampuan beberapa organisme poikilothermic untuk mempertahankan tingkat proses metabolisme yang konstan dalam berbagai perubahan suhu tubuh disediakan oleh adaptasi biokimia dan disebut kompensasi suhu. Ini didasarkan pada kemampuan beberapa enzim untuk mengubah konfigurasinya dengan penurunan suhu dan meningkatkan afinitasnya dengan substrat, meningkatkan laju reaksi. Misalnya, pada kerang bivalviaDi Laut Barents, konsumsi oksigen tidak bergantung pada suhu lingkungan, yang berkisar antara 25 °C (+5 hingga +30 °C).
Bentuk menengah
Para ahli biologi evolusi telah menemukan perwakilan yang sama dari bentuk transisi dari poikilothermic ke mamalia berdarah panas. Ahli biologi Kanada dari Brock University telah menemukan darah panas musiman di tegu hitam-putih Argentina (Alvator merianae). Kadal berukuran hampir meter ini hidup di Amerika Selatan. Seperti kebanyakan reptil, tegu berjemur di bawah sinar matahari di siang hari, dan bersembunyi di liang dan gua di malam hari, di tempat yang dingin. Namun selama musim kawin dari bulan September hingga Oktober, suhu tegu, laju pernapasan, dan ritme kontraksi jantung di pagi hari meningkat tajam. Suhu tubuh kadal bisa melebihi suhu di dalam gua hingga sepuluh derajat. Ini membuktikan transisi bentuk dari hewan berdarah dingin ke hewan homoiothermic.
Mekanisme termoregulasi
Organisme homoiotermik selalu bekerja untuk memastikan pengoperasian sistem utama - peredaran darah, pernapasan, ekskresi - dengan menghasilkan produksi panas minimum. Minimum ini diproduksi saat istirahat disebut metabolisme basal. Transisi ke keadaan aktif pada hewan berdarah panas meningkatkan produksi panas, dan mereka membutuhkan mekanisme untuk meningkatkan perpindahan panas untuk mencegah denaturasi protein.
Proses mencapai keseimbangan antara proses ini disediakan oleh termoregulasi kimia dan fisik. Mekanisme ini memberikan perlindungan organisme homoiothermic dari suhu rendah danterlalu panas. Mekanisme untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan (termoregulasi kimia dan fisik) memiliki sumber yang berbeda dan sangat beragam.
Termoregulasi kimia
Sebagai respons terhadap penurunan suhu lingkungan, hewan berdarah panas secara refleks meningkatkan produksi panas endogen. Ini dicapai dengan meningkatkan proses oksidatif, terutama di jaringan otot. Kontraksi otot yang tidak terkoordinasi (gemetar) dan tonus termoregulasi adalah tahap pertama dari peningkatan produksi panas. Pada saat yang sama, metabolisme lipid meningkat, dan jaringan adiposa menjadi kunci untuk termoregulasi yang lebih baik. Mamalia di iklim dingin bahkan memiliki lemak coklat, semua panas dari oksidasi yang digunakan untuk menghangatkan tubuh. Pengeluaran energi ini mengharuskan hewan untuk mengkonsumsi makanan dalam jumlah besar atau memiliki cadangan lemak yang besar. Dengan kurangnya sumber daya ini, termoregulasi kimia memiliki batasnya.
Mekanisme termoregulasi fisik
Jenis termoregulasi ini tidak memerlukan biaya tambahan untuk menghasilkan panas, tetapi dilakukan dengan melestarikan panas endogen. Itu dilakukan dengan penguapan (berkeringat), radiasi (radiasi), konduksi panas (konduksi) dan konveksi kulit. Metode termoregulasi fisik telah berkembang selama evolusi dan menjadi semakin sempurna ketika mempelajari deret filogenetik dari insektivora dan kelelawar hingga mamalia.
Contoh pengaturan tersebut adalah penyempitan atau perluasan kapiler darah pada kulit, yang berubahkonduktivitas termal, sifat isolasi panas bulu dan bulu, pertukaran panas arus balik darah antara pembuluh superfisial dan pembuluh organ internal. Pembuangan panas diatur oleh kemiringan bulu dan bulu, di mana celah udara dipertahankan.
Pada mamalia laut, lemak subkutan didistribusikan ke seluruh tubuh, melindungi panas-endo. Misalnya, dalam anjing laut, kantong lemak semacam itu mencapai hingga 50% dari total berat. Itulah sebabnya salju tidak meleleh di bawah anjing laut yang tergeletak di atas es selama berjam-jam. Untuk hewan yang hidup di iklim panas, distribusi lemak tubuh yang merata di seluruh permukaan tubuh akan berakibat fatal. Karena itu, lemaknya hanya menumpuk di bagian tubuh tertentu (punuk unta, ekor domba yang gemuk), yang tidak mencegah penguapan dari seluruh permukaan tubuh. Selain itu, hewan dari iklim dingin utara memiliki jaringan adiposa khusus (lemak coklat), yang sepenuhnya digunakan untuk pemanasan tubuh.
Lebih ke selatan - telinga lebih besar dan kaki lebih panjang
Bagian tubuh yang berbeda jauh dari setara dalam hal perpindahan panas. Untuk mempertahankan perpindahan panas, rasio permukaan tubuh dan volumenya penting, karena volume panas internal tergantung pada massa tubuh, dan perpindahan panas terjadi melalui integumen. Bagian tubuh yang menonjol memiliki permukaan yang besar, yang baik untuk iklim panas, di mana hewan berdarah panas membutuhkan banyak perpindahan panas. Misalnya, telinga besar dengan banyak pembuluh darah, tungkai panjang, dan ekor adalah ciri khas penghuni iklim panas (gajah, rubah fennec, Afrikajerboa bertelinga panjang). Dalam kondisi dingin, adaptasi mengikuti jalur menghemat area ke volume (telinga dan ekor anjing laut).
Ada hukum lain untuk hewan berdarah panas - semakin jauh perwakilan utara dari satu kelompok filogenetik hidup, semakin besar mereka. Dan ini juga terkait dengan rasio volume permukaan penguapan, dan, karenanya, kehilangan panas, dan massa hewan.
Etologi dan perpindahan panas
Fitur perilaku juga berperan penting dalam proses perpindahan panas, baik untuk hewan poikilothermic maupun homeothermic. Ini termasuk perubahan postur, dan pembangunan tempat penampungan, dan berbagai migrasi. Semakin besar kedalaman lubang, semakin halus jalannya suhu. Untuk lintang tengah, pada kedalaman 1,5 meter, fluktuasi suhu musiman tidak terlihat.
Perilaku kelompok juga digunakan untuk termoregulasi. Jadi, penguin meringkuk bersama, saling menempel erat. Di dalam tumpukan, suhunya mendekati suhu tubuh penguin (+37 ° C) bahkan di salju yang paling parah. Unta melakukan hal yang sama - di tengah kelompok suhunya sekitar +39 °C, dan bulu hewan terluar dapat dipanaskan hingga +70 °C.
Hibernasi adalah strategi khusus
Keadaan lumpuh (stupor) atau hibernasi adalah strategi khusus hewan berdarah panas yang memungkinkan penggunaan perubahan suhu tubuh untuk tujuan adaptif. Dalam keadaan ini, hewan berhenti mempertahankan suhu tubuh dan menurunkannya hingga hampir nol. Hibernasi ditandai dengan penurunan laju metabolisme dankonsumsi sumber daya yang terakumulasi. Ini adalah keadaan fisiologis yang diatur dengan baik, ketika mekanisme termoregulasi beralih ke tingkat yang lebih rendah - detak jantung menurun (misalnya, di asrama dari 450 menjadi 35 denyut per menit), konsumsi oksigen berkurang 20-100 kali.
Kebangkitan membutuhkan energi dan terjadi dengan pemanasan sendiri, yang tidak boleh disamakan dengan pingsan hewan berdarah dingin, di mana hal itu disebabkan oleh penurunan suhu lingkungan dan merupakan keadaan yang tidak diatur oleh tubuh itu sendiri (kebangkitan terjadi di bawah pengaruh faktor eksternal).
Stupor juga merupakan keadaan yang diatur, tetapi suhu tubuh turun hanya beberapa derajat dan sering kali menyertai ritme sirkadian. Misalnya, burung kolibri menjadi mati rasa di malam hari ketika suhu tubuhnya turun dari 40°C menjadi 18°C. Ada banyak transisi antara mati suri dan hibernasi. Jadi, meskipun kita menyebut tidur beruang di hibernasi musim dingin, pada kenyataannya, metabolisme mereka sedikit menurun, dan suhu tubuh mereka turun hanya 3-6 ° C. Dalam keadaan inilah beruang betina melahirkan anak.
Mengapa ada beberapa organisme homoiothermic di lingkungan akuatik
Di antara hidrobion (organisme yang hidup di lingkungan akuatik) hanya ada sedikit perwakilan dari hewan berdarah panas. Paus, lumba-lumba, anjing laut berbulu adalah hewan air sekunder yang telah kembali ke lingkungan akuatik dari darat. Berdarah panas dikaitkan terutama dengan peningkatan proses metabolisme, yang dasarnya adalah reaksi oksidasi. Dan oksigen memainkan peran utama di sini. Dan, seperti yang Anda tahu, didi lingkungan akuatik, kandungan oksigen tidak lebih tinggi dari 1% volume. Difusi oksigen dalam air ribuan kali lebih sedikit daripada di udara, yang membuatnya semakin sedikit tersedia. Selain itu, dengan peningkatan suhu dan pengayaan air dengan senyawa organik, kandungan oksigen menurun. Semua ini membuat keberadaan sejumlah besar organisme berdarah panas di lingkungan perairan menjadi tidak menguntungkan.
Pro dan kontra
Keuntungan utama hewan berdarah panas dibandingkan hewan berdarah dingin adalah kesediaan mereka untuk bertindak terlepas dari suhu lingkungan. Ini adalah kesempatan untuk menahan suhu malam yang mendekati titik beku, dan perkembangan wilayah utara negeri itu.
Kelemahan utama berdarah panas adalah konsumsi energi yang tinggi untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan. Dan sumber utama untuk ini adalah makanan. Singa berdarah panas membutuhkan makanan sepuluh kali lebih banyak daripada buaya berdarah dingin dengan berat yang sama.
