אקטותרמות: מאפיינים ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

Ectotherms הם חיות כשטמפרטורת הגוף ובעיקר תלוי ישירות על הטמפרטורה הסביבתית. זה מרמז שמעט או לאף אחד מטמפרטורת גופכם נובע מטבוליזם. לכן, כדי לשמור על הטמפרטורה שלהם בטווח מתאים מבחינה פיזיולוגית, עליהם לצבור או להפיץ חום מהסביבה.

המצב ההפוך של להיות אקטותרמי הוא להיות אנדותרמי. כל הציפורים והיונקים מסווגים כאנדותרמים. כל דו-החיים הדו-חיים וחסרי החוליות, כמו גם הרוב המוחלט של הזוחלים (למעט ציפורים), ודגים יבשתיים וחסרי חוליות, מסווגים כקטותרמות.

מקור: גרהם וויז מבריסביין, אוסטרליה

כל הצמחים יכולים להיחשב גם לקטותרמות, אם כי הסמכה זו זרה לבוטניקה. מנקודת מבט תרמית נקראים צמחים מקרותרמים אם הם חיים בסביבות חמות (> 18 מעלות צלזיוס בכל חודש), מזותרמים אם הם חיים בסביבות ממוזגות (> 22 מעלות צלזיוס, חודש חם ביותר; 6-18 מעלות צלזיוס, החודש הקר ביותר ), או מיקרו-יתר אם הם חיים בסביבות קרות.

הגדרות

אנדותרמים הם בעלי חיים שטמפרטורת הגוף שלהם מוסדרת באופן פנימי על ידי חילוף החומרים שלהם ולא על ידי הסביבה. באופן כללי, אנדותרמות הן הומותרמיות, כלומר יש להן טמפרטורת גוף קבועה יחסית, בניגוד לפויקילותרמות, שיש להן טמפרטורת גוף משתנה מאוד.

אקטותרמות נקראות לעתים קרובות גם פויוקילותרמות (מיוונית: פוייקילוס, משתנות; תרמוס, חום). במקרה אחד מודגשת תלות הטמפרטורה של המדיום. באחרת, השונות של חום הגוף. עדיף המונח הראשון מכיוון שאקטותרמות יכולות להיות טיפול ביתי אם הטמפרטורה של המדיום קבועה.

אנדותרמות ואקטותרמות נקראות לעתים קרובות, בהתאמה, בעלי חיים חמים וקרים בדם. שימוש זה אינו מומלץ מכיוון שישנם אקטותרמים השומרים על טמפרטורת גופם גבוהה כמו זו של אנדותרמים רבים. לא ניתן לומר שבעלי החיים האלה הם בעלי דם קר.

Heterotherms הם ectotherms שהם חלקית homeotherms. במהלך תקופות פעילות, הם יכולים ליצור חום מטבולי כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של לפחות חלק מגופך קבוע. עם זאת, בתקופות של חוסר פעילות, הם מורידים את חום גופם כפונקציה של הסביבה, ממש כמו אזקטותרמות אחרות.

הטרותרמות אזוריות הן אנדותרמות אשר טמפרטורת גופם משתנה באופן משמעותי בין חלקי הגוף.

מאפיינים

המצב האנדותרמי הופך את בעלי החיים ללא תלות בטמפרטורה הסביבתית, מאפשרים להם לתפוס סביבות יבשתיות קרות, להישאר פעילים לצמיתות על מנת לנצל הזדמנויות להאכלה ו הרבייה, כמו גם לברוח מטורפים.

באזורים המפותחים אין זוחלים, ודו-חיים וחרקים אינם מגוונים ושופעים במיוחד. באזורים אלה יתרון ואף הכרחי להיות אנדותרמי.

עם זאת, אנדותרמים משקיעים אנרגיה גבוהה מאוד בכדי לווסת את הטמפרטורה שלהם. בכך שלא ביצעו השקעה זו, לאקטותרמות יש דרישות מזון נמוכות פי 17 מאשר אנדותרמות בעלות מסת גוף דומה.

מסיבה זו זוחלים (למעט ציפורים), דו-חיים ודגים יכולים לנצל נישות אקולוגיות, השמורות לאורגניזמים עם צריכת אנרגיה נמוכה, שאינן זמינות לציפורים ויונקים.

לאחר שהצליחו לחמם את גופם מספיק באמצעות מקורות חום חיצוניים, האקטותרמות יכולות לפתח רמות פעילות גבוהות כמו אלה של ציפורים ויונקים.

תקציב האנקטותרמות האנרגיה הנמוכה מאפשר להם: 1) להתמחות במזונות נדירים, להגדיל את המגוון שלהם; 2) להצליח בסביבות כמו מדבריות, בהן אין מספיק אוכל לרוב האנדותרמות; 3) יש יעילות רבייה גבוהה ביחס לצריכת מזון.

איך הם מסדירים את הטמפרטורה שלהם?

אקטותרמים מעלים את טמפרטורת גופם על ידי חשיפתם לאור שמש ישיר (הליותרתרמיה) או על ידי מגע במצעים (דוגמה: סלעים) שחוממו על ידי השמש. הם מורידים את חום גופם על ידי מפלט בצל או על ידי מגע במצעים קרירים יחסית.

לגופם חסר בידוד תרמי (דוגמא: נוצות, פרווה), המאפשר חילופי חום עם הסביבה.

בין האסטרטגיות בהן הן יכולות להשתמש בכדי לווסת את החימום המיוצר על ידי אור השמש הן: 1) לכוון את הכיוון (בניצב, מקביל, אלכסוני) של הגוף ביחס לקרני השמש; 2) להחשיך או להבהיר את צבע עורך באמצעות פעולת הכרומטופורים. שתי האסטרטגיות נפוצות במיוחד בזוחלים.

דגים אקטותרמיים אינם יכולים לשמש את עצמם כדי להתחמם, אך הם יכולים לווסת את חום גופם על ידי בחירת המוני מים או שכבות מים בעלי טמפרטורה מסוימת. זה בדרך כלל מאפשר להם לשמור על טמפרטורת גוף קבועה (הומותרמיה) למשך תקופות ארוכות.

אקולוגיות יכולות גם לווסת את הטמפרטורה שלהן באמצעות התאמות של כלי הדם (שינוי זרימת הפריפריה), חשיפת המשטח הפנימי של הפה לאוויר, או איבוד מים באמצעות אידוי (סובל התייבשות מסוימת). נראה כי אברי האצטרובל של האקטותרמות משמשות כמינמטרים קלים לוויסות תרמי.

התנגדות קרה

אקטותרמות מעגליות ואלפקיות מתמודדות, בהתאמה, בטמפרטורות הסביבה מתחת לקפוא במהלך החורף, או בלילה.

כדי לשרוד קור קיצוני, בעלי חיים אלה משתמשים בשתי אסטרטגיות: 1) הימנע מקפיאת נוזלי הגוף החוץ תאיים שלהם, תוך שמירת הנוזלים האמורים במצב נוזלי בטמפרטורות של -58 מעלות צלזיוס (המכונה קירור-על); 2) לסבול הקפאה (עד -3 ° C) של נוזלים אלה.

באסטרטגיה הראשונה, שנצפתה בדגים וחרקים, פלסמת הדם אינה קופאת מכיוון שהיא מכילה מומסים נגד נוזלים לרדיאטור (סוכרים, כמו פרוקטוז; נגזרות של סוכרים, כמו גליצרול; גליקופרוטאינים).

באסטרטגיה השנייה, שנצפתה בדו-חיים, פלסמת הדם קפואה, אך מותם של התאים אינו מתרחש מכיוון שהם מכילים מומסים נגד נוזלים לרדיאטור (תרכובות בעלות משקל מולקולרי נמוך, גליצרול). למרות שיש הקפאה של נוזלים חוץ תאיים, אין הקפאה של נוזלים תוך תאיים. אם יש, הם מתים.

טורפים ימיים אקטותרמיים (כרישים ודגים אחרים) נדירים ברוחב רוחב גבוה, שם הם מוחלפים על ידי טורפים ימיים אנדותרמיים (יונקים ימיים, פינגווינים, אוקים). במים קרים, טורפים אקטותרמיים אינם יכולים להתאים לרמות הפעילות של טורפים אנדותרמיים.

Heterotherms

יש בעיקר בעלי חיים אקטותרמיים שהם הטרותרמיים, כלומר הם מבטאים מידה מסוימת של אנדותרמיה, בין אם זמנית או אזורית.

כמה חרקים ארקטיים הם אקטותרמות קפדניות כאשר הם על הקרקע. עם זאת, על מנת לטוס, חרקים אלה חייבים בעבר לחמם את השרירים המניעים את הכנפיים, אותם הם משיגים על ידי הזזתם שוב ושוב. במהלך הטיסה, חרקים אלה הם למעשה אנדותרמות. הם אפילו צריכים לפזר חום כדי שלא יתתחממו יתר על המידה.

כאשר הם מכורבלים סביב ביציהם ודוגרת אותם, נחשי הפיתון ההודי הנשים מעלים את חום גופם על ידי צמרמורת. באופן זה הם מחממים את הביצים, מקלים על התפתחות עוברים ומזרזים בקיעה.

כרישים ממשפחת למנידה, דגי חרב או טונות הם הטרותרמות אזוריות. העברת החום שנוצר על ידי השרירים באמצעות מנגנוני זרם נגד הדם מאפשרת להם להעלות את הטמפרטורה של המוח, הקרביים ושרירים אחרים. זה משפר את יכולת השחייה האירובית שלהם והופך אותם לטורפים יעילים יותר.

דוגמאות לבעלי חיים אקטותרמיים

חוליות

תנינים, כמו Crocodylus porosus, הם האקטותרמות היבשתיות הגדולות ביותר. טמפרטורת הגוף האופטימלית שלו היא 30-33 מעלות צלזיוס, שכמו זוחלים אחרים ממשיכים לנוע בין מקומות שמש ומוצלים. אסטרטגיה מסוימת לתנינים להוריד את טמפרטורת גופם היא לשמור על הפה פתוח לרווחה במשך שעות.

הצפע האירופי, Viper berus, הוא נחש ארסי אשר תפוצתו מגיעה לחוג הארקטי. כדי לאפשר דגירה של ביציות בטמפרטורות נמוכות, נחש זה חי. במהלך הקיץ, כדי לשמור על טמפרטורות גוף נאותות לטורפים ולהתרבות, נחשים אלה חושפים את עצמם ככל שהם יכולים לאור השמש.

באלסקה שורדת האמפיבית רנא סילבטיקה טמפרטורות עד -16 מעלות צלזיוס. זה נובע מריכוזים גבוהים של חומרים נגד נוזלים לרדיאטור הקיימים בדם במהלך החורף. חומרים אלה כוללים גלוקוז ואוריאה. כדי להפחית את הדובדבן, צפרדע זו מתייבשת גם במהלך החורף.

דגים ארקטיים ממשפחת Gadidae ודגים אנטארקטיים של Nototheniidae התפתחו באופן עצמאי חומרים קריוטוכניים זהים במהותם (גליקופרוטאינים). זה מייצג מקרה מדהים של התכנסות אדפטיבית להתמודדות עם תנאי אקלים דומים.

חסרי חוליות

דבורת הדבש (Apis mellifera) וחרקים חברתיים אחרים נשמרים הומותרמיים בקנים שלהם. לשם כך: 1) הם ממוקמים במקומות חיוביים תרמית ומובנים לטובת חימום וקירור פסיבי; 2) הם מתנופפים בכנפיהם בתיאום כדי לחמם אותם באמצעות תרמוגנזה של השריר, או כדי לקרר אותם באמצעות זרימת אוויר ואידוי.

יתושים (Aedes, Anopheles) הם אקטותרמות המותאמות לאקלים חם. הם קטלניים מכיוון שהם מעבירים מחלות כמו מלריה, קדחת צהובה, צ'יקונגוניה, דנגה וזיקה. עקב שינויי אקלים, עד שנת 2050 הם ירחיבו את תפוצתם באזורים ממוזגים, ויחשפו 50% מבני האדם למחלות אלה.

באלסקה, חיפושית Cucujus clavipes, בזכות מומסי הקירור של המולימפה שלה, מתנגדת לטמפרטורות חורפיות של -58 מעלות צלזיוס. במעבדה נקבע כי חיפושית זו יכולה לעמוד בטמפרטורות מתחת ל -150 מעלות צלזיוס, ואינן קיימות על כדור הארץ.

בטמפרטורות אלה, נוזלי הגוף של חרק זה מגיעים למצב של זגגה.

בצורתם הבוגרת, תולעי סרט, כגון Taenia solium (תולעת בשר בקר) ו- Taeniarhynchus saginatus (תולעת סרט חזיר), הם טפילי מעיים, אשר חסרי מערכת עיכול, תלויים לחלוטין במארח האנושי לתזונה.

בתוך המעי, תולעי סרט אלה שומרות על הטמפרטורה הקבועה שלה (37 מעלות צלזיוס), וזו הסיבה שמדובר בטיפול ביתי.

הפניות

1. Andersson, S. 2003. שינה, בית גידול ופעילות עונתית בערפל, Vipera berus, צפונית לחוג הארקטי בשבדיה. אמפיביה-רפטיליה, 24, 449-457.
2. Barrows, EM 2000. התייחסות לשולחן התנהגות בעלי חיים: מילון של התנהגות בעלי חיים, אקולוגיה והתפתחות. הוצאת CRC, בוקה רטון.
3. Brischoux, F., Bonnet, X., Cook, TR, Shine, R. 2008. אלומטריה של יכולות הצלילה: ectothermy vs. אנדותרמיה. Journal of Evolutionary Biology, 21, 324–329.
4. Costanzo, JP, Lee, RE, Jr. 2013. הימנעות וסובלנות של הקפאה בחוליות אקטותרמיות. Journal of Experimental Biology, 216, 1961–1967.
5. דייוויד ק. קיירנס, DK, Gaston, AJ, Huettmann, F. 2008. אנדותרמי, אקטותרמיה והמבנה הגלובלי של קהילות חוליות ימיות. סדרת התקדמות אקולוגית ימית, 356, 239–250.
6. דיקסון, KA, Graham, JB 2004. התפתחות והתוצאות של אנדותרמיה בדגים. זואולוגיה פיזיולוגית וביוכימית, 77, 998-1018.
7. Evans, CW, Hellman, L., Middleditch, M., Wojnar, JM, Brimble, MA, Devries, AL 2012. סינתזה ומחזור של גליקופרוטאינים נגד נוזלים לרדיאטור בדגים קוטביים. מדע אנטארקטיקה, 24, 259-268.
8. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. 2012. פיזיולוגיה של בעלי חיים. סינאואר, סנדרלנד.
9. Jones, JC, Oldroyd, BP 2007. ויסות תרמית לקן בחרקים חברתיים. התקדמות בפיזיולוגיה של חרקים, 33, 153–191.
10. קיי, I. 1998. מבוא לפיזיולוגיה של בעלי חיים. ביוס, אוקספורד.
11. Kearney, M. 2002. סלעים חמים וסלעים חמים מדי: דפוסים עונתיים של בחירת אתר נסיגה על ידי קטקטורם לילי. כתב העת לביולוגיה תרמית, 27, 205–218.
12. Moyes, CD, Schulte, PM 2014. עקרונות הפיזיולוגיה של בעלי החיים. פירסון, אסקס.
13. Pough, FH, Janis, CM, Heiser, JB 2013. חיי חוליות. פירסון, בוסטון.
14. Ralph, CL, Firth, BT, Turner, JS 1979. תפקידו של גוף האצטרובל בוויסות תרמית אקטותרמית. זואולוג אמריקני, 19, 273–293.
15. Ramløv, H. 2000. היבטים של סובלנות לקור טבעי אצל בעלי חיים אקטותרמיים. רבייה אנושית, 15, 26–46.
16. Randall, D., Burggren, W., French, K. 1998. פיזיולוגיה של בעלי חיים: מנגנונים והתאמות. מקגרו-היל, מדריד.
17. Sformo, T., Walters, K., Jeannet, K., Wowk, B., Fahy, GM, Barnes, BM, Duman, JG 2010. קירור-על עמוק, זיכרון והישרדות מוגבלת ל -100 מעלות צלזיוס בחיפושיות אלסקאן Cucujus clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae) זחלים. Journal of Experimental Biology, 213, 502–509.
18. Sherwood, L., Klandorf, H., Yancey, PH 2013. פיזיולוגיה של בעלי חיים: מגנים ועד אורגניזמים. ברוקס / קול, בלמונט.
19. Willmer, P., Stone, G., Johnston, I. 2005. פיזיולוגיה סביבתית של בעלי חיים. בלקוול, מלדן.