ECTOTHERMS: الخصائص والأمثلة - مادة الاحياء - 2025

و Ectotherms هي الحيوانات التي تعتمد درجة حرارة جسمها بشكل رئيسي على درجة حرارة البيئة. هذا يعني أن درجة حرارة جسمك قليلة أو معدومة بسبب التمثيل الغذائي. لذلك ، للحفاظ على درجة حرارتها ضمن نطاق مناسب فسيولوجيًا ، يجب أن تكتسب أو تبدد الحرارة من البيئة.

الشرط المعاكس لكونك خارج الحرارة هو ماص للحرارة. يتم تصنيف جميع الطيور والثدييات على أنها ماصة للحرارة. يتم تصنيف جميع البرمائيات واللافقاريات المائية ، وكذلك الغالبية العظمى من الزواحف (باستثناء الطيور) ، والأسماك الأرضية واللافقاريات ، على أنها ectotherms.

المصدر: Graham Wise from Brisbane، Australia

يمكن أيضًا اعتبار جميع النباتات ectotherms ، على الرغم من أن هذا المؤهل غريب على علم النبات. من منظور حراري ، تسمى النباتات حرارة كبيرة إذا كانت تعيش في بيئات دافئة (> 18 درجة مئوية كل شهر) ، أو متوسطة الحرارة إذا كانت تعيش في بيئات معتدلة (> 22 درجة مئوية ، أكثر الشهور دفئًا ؛ 6-18 درجة مئوية ، أبرد شهر) ، أو microtherms إذا كانوا يعيشون في بيئات باردة.

تعريفات

ماصات الحرارة هي الحيوانات التي يتم تنظيم درجة حرارة جسمها داخليًا من خلال عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها وليس خارجيًا بواسطة البيئة. بشكل عام ، ماصات الحرارة هي حرارة متجانسة ، أي أن درجة حرارة الجسم ثابتة نسبيًا ، على عكس درجات الحرارة المتغيرة ، التي لها درجة حرارة جسم متغيرة للغاية.

غالبًا ما يُطلق على إيكتثرمس أيضًا اسم poikilotherms (من اليونانية: poikilos ، التغيير ؛ الترمس ، الحرارة). في حالة واحدة ، يتم التأكيد على اعتماد درجة الحرارة للوسيط. من ناحية أخرى ، تقلب درجة حرارة الجسم. يُفضل استخدام المصطلح الأول لأن الحرارة الخارجية يمكن أن تكون حرارة منزلية إذا كانت درجة حرارة الوسط ثابتة.

غالبًا ما يُطلق على Endotherms و ectotherms أيضًا ، على التوالي ، حيوانات دافئة وذات دم بارد. لا ينصح بهذا الاستخدام نظرًا لوجود الحرارة الخارجية التي تحافظ على درجة حرارة الجسم مرتفعة مثل درجة حرارة العديد من ماصات الحرارة. لا يمكن القول بأن هذه الحيوانات من ذوات الدم البارد.

Heterotherms هي ectotherms التي هي جزئيا حرارة منزلية. خلال فترات النشاط ، يمكنهم توليد حرارة أيضية للحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة على الأقل لجزء من الجسم. ومع ذلك ، خلال فترات الخمول ، فإنهم ينخفضون درجة حرارة أجسامهم كدالة لتلك البيئة ، تمامًا مثل غيرها من الحرارة.

التغاير الإقليمي هو ماص للحرارة تختلف درجة حرارة الجسم اختلافًا كبيرًا بين أجزاء الجسم.

مميزات

تجعل الحالة الماصة للحرارة الحيوانات مستقلة عن درجة حرارة البيئة ، مما يسمح لها باحتلال البيئات الأرضية الباردة ، لتظل نشطة بشكل دائم للاستفادة من فرص التغذية والتكاثر ، وكذلك للهروب من الحيوانات المفترسة.

في المناطق المحيطة بالقطب لا توجد زواحف ، كما أن البرمائيات والحشرات ليست شديدة التنوع والوفرة. في هذه المناطق من المفيد بل والضروري أن تكون ماصًا للحرارة.

ومع ذلك ، فإن ذوات الحرارة تستثمر طاقة عالية جدًا لتنظيم درجة حرارتها. من خلال عدم القيام بهذا الاستثمار ، يكون للحرارة الخارجية متطلبات غذائية تصل إلى 17 مرة أقل من ماصات الحرارة ذات كتلة الجسم المماثلة.

لهذا السبب ، يمكن للزواحف (باستثناء الطيور) والبرمائيات والأسماك استغلال المنافذ البيئية المخصصة للكائنات ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة وغير المتوفرة للطيور والثدييات.

بمجرد أن يتمكنوا من تدفئة أجسامهم بشكل كافٍ باستخدام مصادر الحرارة الخارجية ، يمكن أن تطور درجة حرارة الجسم مستويات نشاط عالية مثل تلك الموجودة في الطيور والثدييات.

تسمح ميزانية الطاقة المنخفضة للحرارة الخارجية لهم بما يلي: 1) التخصص في الأطعمة النادرة ، وزيادة تنوعها ؛ 2) يكون ناجحًا في بيئات ، مثل الصحاري ، حيث لا يوجد طعام كافٍ لمعظم ماصات الحرارة ؛ 3) لديها كفاءة تناسلية عالية فيما يتعلق باستهلاك الغذاء.

كيف ينظمون درجة حرارتهم؟

ترفع إيكتثرم درجة حرارة أجسامهم عن طريق تعريض أنفسهم لأشعة الشمس المباشرة (حرارة الشمس) أو عن طريق ملامسة ركائز (مثل: الصخور) التي تم تسخينها بواسطة الشمس. يخفضون درجة حرارة أجسامهم باللجوء إلى الظل أو عن طريق ملامسة ركائز باردة نسبيًا.

تفتقر أجسامهم إلى العزل الحراري (مثال: الريش ، الفراء) ، مما يسهل التبادل الحراري مع البيئة.

من بين الاستراتيجيات التي يمكن استخدامها لتنظيم التسخين الناتج عن ضوء الشمس: 1) توجيه اتجاه الجسم (عمودي ، متوازي ، مائل) بالنسبة لأشعة الشمس ؛ 2) تغميق أو تفتيح لون بشرتك من خلال عمل الكروماتوفور. كلتا الاستراتيجيتين شائعتان بشكل خاص في الزواحف.

لا تستطيع الأسماك الخارجية الحرارة أن تشمس نفسها لتدفئة نفسها ، لكن يمكنها تنظيم درجة حرارة أجسامها عن طريق اختيار كتل أو طبقات من الماء لها درجة حرارة معينة. هذا غالبا ما يسمح لهم بالحفاظ على درجة حرارة ثابتة للجسم (الحرارة المنزلية) لفترات طويلة من الزمن.

يمكن أيضًا أن تنظم الحرارة الخارجية درجة حرارتها من خلال تعديلات الأوعية الدموية (تغيير الدورة الدموية المحيطية) ، أو تعريض السطح الداخلي للفم للهواء ، أو فقدان الماء من خلال التبخر (تحمل بعض الجفاف). يبدو أن الأعضاء الصنوبرية للحرارة تعمل كمقاييس للجرعات الخفيفة من أجل التنظيم الحراري.

مقاومة البرد

تواجه ectotherms حول القطبية وجبال الألب ، على التوالي ، درجات الحرارة المحيطة أقل من درجة التجمد خلال الشتاء ، أو في الليل.

للبقاء على قيد الحياة في البرد القارس ، تستخدم هذه الحيوانات استراتيجيتين: 1) تجنب تجميد سوائل الجسم خارج الخلية ، والحفاظ على السوائل المذكورة في حالة سائلة عند درجات حرارة تصل إلى -58 درجة مئوية (وهو ما يعرف باسم التبريد الفائق) ؛ 2) تحمل تجميد هذه السوائل (حتى -3 درجة مئوية).

في الإستراتيجية الأولى ، التي لوحظت في الأسماك والحشرات ، لا تتجمد بلازما الدم لأنها تحتوي على مواد مذابة مضادة للتجمد (سكريات ، مثل الفركتوز ، ومشتقات السكريات ، مثل الجلسرين ، والبروتينات السكرية).

في الاستراتيجية الثانية ، التي لوحظت في البرمائيات ، يتم تجميد بلازما الدم ، لكن موت الخلايا لا يحدث لأنها تحتوي على مواد مذابة مضادة للتجمد (مركبات ذات وزن جزيئي منخفض ، جلسرين). على الرغم من تجميد السوائل خارج الخلية ، لا يوجد تجمد للسوائل داخل الخلايا. إذا كان هناك ، يموتون.

تندر الحيوانات المفترسة البحرية المبعثرة للحرارة (أسماك القرش والأسماك الأخرى) عند خطوط العرض العالية ، حيث يتم استبدالها بمفترسات بحرية ماصة للحرارة (الثدييات البحرية ، البطاريق ، الأوكس). في المياه الباردة ، لا يمكن للحيوانات المفترسة الخارجية أن تتطابق مع مستويات نشاط الحيوانات المفترسة الماصة للحرارة.

التغاير

هناك في المقام الأول حيوانات خارجة للحرارة غير متجانسة ، أي أنها تظهر درجة معينة من ماص للحرارة ، سواء كانت مؤقتة أو إقليمية.

بعض حشرات القطب الشمالي تكون ectotherms صارمة عندما تكون على الأرض. ومع ذلك ، من أجل الطيران ، يجب أن تقوم هذه الحشرات مسبقًا بتسخين العضلات التي تحرك الأجنحة ، والتي تحققها بتحريكها بشكل متكرر. أثناء الطيران ، هذه الحشرات ماصة للحرارة بشكل فعال. حتى أنهم بحاجة إلى تبديد الحرارة حتى لا يسخنوا.

عندما تلتف حول بيضها الذي يحتضنها ، ترفع إناث الثعابين الهندية درجة حرارة أجسامها عن طريق الارتعاش. بهذه الطريقة ، يقومون بتسخين البيض ، مما يسهل نمو الأجنة وتسريع الفقس.

تعتبر أسماك القرش من عائلة Lamnidae أو سمك أبو سيف أو سمك التونة من أنواع مختلفة من الحرارة الإقليمية. يسمح نقل الحرارة الناتجة عن الجهاز العضلي من خلال آليات التيار المعاكس للدم برفع درجة حرارة المخ والأحشاء والعضلات الأخرى. هذا يحسن من قدرتهم على السباحة الهوائية ويجعلهم أكثر فعالية من الحيوانات المفترسة.

أمثلة على الحيوانات الناقلة للحرارة

الفقاريات

التماسيح ، مثل Crocodylus porosus ، هي أكبر ectotherms الأرضية. درجة حرارة الجسم المثلى هي 30-33 درجة مئوية ، والتي ، مثل الزواحف الأخرى ، تتحرك بين الأماكن المشمسة والمظللة. تتمثل الإستراتيجية الخاصة للتماسيح في خفض درجة حرارة أجسامها في إبقاء فمها مفتوحًا لساعات.

الأفعى الأوروبية ، Viper berus ، هي أفعى سامة تصل توزعها إلى الدائرة القطبية الشمالية. للسماح بحضانة البيض في درجات حرارة منخفضة ، هذا الثعبان ولود. خلال فصل الصيف ، وللحفاظ على درجة حرارة الجسم المناسبة للافتراس والتكاثر ، تعرض هذه الثعابين نفسها لأشعة الشمس قدر الإمكان.

في ألاسكا ، تعيش البرمائيات رانا سيلفاتيكا في درجات حرارة تصل إلى -16 درجة مئوية. هذا بسبب التركيزات العالية من المواد المضادة للتجمد الموجودة في دمك خلال فصل الشتاء. وتشمل هذه المواد الجلوكوز واليوريا. لتقليل الجليد ، يجف هذا الضفدع أيضًا خلال الشتاء.

طورت أسماك القطب الشمالي من عائلة Gadidae وأسماك أنتاركتيكا من Nototheniidae بشكل مستقل مواد متطابقة في الحماية من التجمد (البروتينات السكرية). يمثل هذا حالة رائعة من التقارب التكيفي لمواجهة ظروف مناخية مماثلة.

اللافقاريات

يتم الاحتفاظ بنحل العسل (Apis mellifera) والحشرات الاجتماعية الأخرى بالحرارة المنزلية في أعشاشها. تحقيقا لهذه الغاية: 1) يتم وضعها في أماكن مواتية حراريا وهيكله لتفضيل التسخين والتبريد السلبي ؛ 2) ترفرف أجنحتها بالتنسيق لتسخينها من خلال التوليد الحراري للعضلات ، أو لتبريدها من خلال دوران الهواء والتبخر.

البعوض (Aedes ، Anopheles) هي ectotherms تتكيف مع المناخات الحارة. وهي قاتلة لأنها تنقل أمراضًا مثل الملاريا والحمى الصفراء وداء الشيكونغونيا وحمى الضنك وزيكا. بسبب تغير المناخ ، بحلول عام 2050 ، سيكونون قد وسعوا توزيعهم في المناطق المعتدلة ، مما يعرض 50 ٪ من البشر لهذه الأمراض.

في ألاسكا ، تقاوم خنفساء Cucujus clavipes ، بفضل المواد المذابة المضادة للتجمد في الدملمف ، درجات حرارة الشتاء البالغة -58 درجة مئوية. في المختبر ، ثبت أن هذه الخنفساء يمكنها تحمل درجات حرارة أقل من -150 درجة مئوية ، وهي غير موجودة على الأرض.

في درجات الحرارة هذه ، تصل سوائل الجسم لهذه الحشرة إلى حالة التزجيج.

في شكل البالغين ، الديدان الشريطية ، مثل Taenia solium (دودة اللحم البقري) و Taeniarhynchus saginatus (الدودة الشريطية للخنازير) ، هي طفيليات معوية تفتقر إلى الجهاز الهضمي ، وتعتمد كليًا على الإنسان المضيف للتغذية.

داخل الأمعاء ، تحافظ هذه الديدان الشريطية على درجة حرارة ثابتة (37 درجة مئوية) ، وهذا هو السبب في أنها حرارة منزلية.

المراجع

1. Andersson، S. 2003. السبات والموئل والنشاط الموسمي في الأفعى ، Vipera berus ، شمال الدائرة القطبية الشمالية في السويد. البرمائيات - Reptilia ، 24 ، 449-457.
2. Barrows، EM 2000. مرجع مكتب سلوك الحيوان: قاموس لسلوك الحيوان ، والبيئة ، والتطور. مطبعة CRC ، بوكا راتون.
3. Brischoux، F.، Bonnet، X.، Cook، TR، Shine، R. 2008. قياس القدرة على الغوص: ectothermy vs. ماص للحرارة. مجلة علم الأحياء التطوري ، 21 ، 324-329.
4. Costanzo، JP، Lee، RE، Jr. 2013. تجنب التجميد في الفقاريات الخارجة من الحرارة وتحمله. مجلة البيولوجيا التجريبية ، 216 ، 1961-1967.
5. ديفيد ك. كيرنز ، DK ، جاستون ، AJ ، Huettmann ، ف. 2008. Endothermy ، ectothermy ، والبنية العالمية لمجتمعات الفقاريات البحرية. سلسلة تقدم علم البيئة البحرية ، 356 ، 239-250.
6. ديكسون ، كا ، جراهام ، جيه بي 2004. تطور وعواقب امتصاص الحرارة في الأسماك. علم الحيوان الفسيولوجي والكيميائي الحيوي ، 77 ، 998-1018.
7. Evans، CW، Hellman، L.، Middleditch، M.، Wojnar، JM، Brimble، MA، Devries، AL 2012. توليف وإعادة تدوير البروتينات السكرية المضادة للتجمد في الأسماك القطبية. علم أنتاركتيكا ، 24 ، 259-268.
8. Hill، RW، Wyse، GA، Anderson، M. 2012. فسيولوجيا الحيوان. سيناور ، سندرلاند.
9. جونز ، جي سي ، أولدرويد ، بي بي 2007. التنظيم الحراري عش في الحشرات الاجتماعية. التقدم في فسيولوجيا الحشرات ، 33 ، 153–191.
10. Kay، I. 1998. مقدمة في فسيولوجيا الحيوان. السير ، أكسفورد.
11. Kearney، M. 2002. الصخور الساخنة والصخور شديدة الحرارة: الأنماط الموسمية لانتقاء موقع التراجع بواسطة حرارة خارجية ليلية. مجلة البيولوجيا الحرارية ، 27 ، 205-218.
12. Moyes، CD، Schulte، PM 2014. مبادئ فسيولوجيا الحيوان. بيرسون ، إسيكس.
13. Pough، FH، Janis، CM، Heiser، JB 2013. حياة الفقاريات. بيرسون ، بوسطن.
14. رالف ، سي إل ، فيرث ، بي تي ، تيرنر ، شبيبة 1979. دور الجسم الصنوبرية في تنظيم الحرارة الخارجية. عالم الحيوان الأمريكي ، 19 ، 273-293.
15. Ramløv، H. 2000. جوانب تحمل البرد الطبيعي في الحيوانات الخارجة من الحرارة. التكاثر البشري ، 15 ، 26-46.
16. Randall، D.، Burggren، W.، French، K. 1998. فسيولوجيا الحيوان: الآليات والتكيفات. ماكجرو هيل ، مدريد.
17. Sformo، T.، Walters، K.، Jeannet، K.، Wowk، B.، Fahy، GM، Barnes، BM، Duman، JG 2010. التبريد الفائق العميق ، التزجيج والبقاء المحدود حتى -100 درجة مئوية في خنفساء ألاسكا كوكوجوس يرقات clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae). مجلة البيولوجيا التجريبية ، 213 ، 502-509.
18. Sherwood، L.، Klandorf، H.، Yancey، PH 2013. فسيولوجيا الحيوان: من الجينات إلى الكائنات الحية. بروكس / كول ، بلمونت.
19. ويلمر بي ، ستون ، جي ، جونستون ، 2005. فسيولوجيا الحيوانات البيئية. بلاكويل ، مالدن.