La diversidad de la vida en nuestro planeta es sorprendente en su escala. Estudios recientes de científicos canadienses dan una cifra de 8,7 millones de especies de animales, plantas, hongos y microorganismos que habitan nuestro planeta. Además, solo se describe alrededor del 20% de ellos, y esto es 1,5 millones de especies que conocemos. Los organismos vivos han poblado todos los nichos ecológicos del planeta. No hay lugar dentro de la biosfera donde no habría vida. En los respiraderos de los volcanes y en la cima del Everest, en todas partes encontramos vida en sus diversas manifestaciones. Y, sin duda, la naturaleza debe tal diversidad y distribución a la aparición en el proceso de evolución del fenómeno de la sangre caliente (organismos homeotérmicos).
El límite de la vida es la temperatura
La base de la vida es el metabolismo del cuerpo, que depende de la velocidad y la naturaleza de los procesos químicos. PEROestas reacciones químicas son posibles solo en un cierto rango de temperatura, con sus propios indicadores y duración de la exposición. Para una mayor cantidad de organismos, los indicadores de límite del régimen de temperatura del medio ambiente se consideran de 0 a +50 grados centígrados.
Pero esta es una conclusión especulativa. Sería más exacto decir que los límites de temperatura de la vida serán aquellos en los que no haya desnaturalización de las proteínas, así como cambios irreversibles en las características coloidales del citoplasma de las células, una violación de la actividad de las enzimas vitales. Y muchos organismos han desarrollado sistemas enzimáticos altamente especializados que les han permitido vivir en condiciones mucho más allá de estos límites.
Clasificación ambiental
Los límites de las temperaturas óptimas para la vida determinan la división de las formas de vida en el planeta en dos grupos: criófilos y termófilos. El primer grupo prefiere el frío de por vida y está especializado para vivir en tales condiciones. Más del 80% de la biosfera del planeta son regiones frías con una temperatura media de +5 °C. Estas son las profundidades de los océanos, los desiertos del Ártico y la Antártida, la tundra y las tierras altas. Las adaptaciones bioquímicas proporcionan una mayor resistencia al frío.
El sistema enzimático de los criófilos reduce efectivamente la energía de activación de las moléculas biológicas y mantiene el metabolismo en la célula a una temperatura cercana a 0 °C. Al mismo tiempo, las adaptaciones van en dos direcciones: en la adquisición de resistencia (oposición) o tolerancia (resistencia) al frío. El grupo ecológico de los termófilos son organismos que son óptimos paracuyas vidas son zonas de altas temperaturas. Su actividad vital también es proporcionada por la especialización de las adaptaciones bioquímicas. Cabe mencionar que con la complicación de la organización del cuerpo, disminuye su capacidad de termofilia.
Temperatura corporal
El balance de calor en un sistema vivo es la totalidad de su entrada y salida. La temperatura corporal de los organismos depende de la temperatura ambiente (calor exógeno). Además, un atributo obligatorio de la vida es el calor endógeno, un producto del metabolismo interno (procesos oxidativos y descomposición del ácido trifosfórico de adenosina). La actividad vital de la mayoría de las especies de nuestro planeta depende del calor exógeno, y su temperatura corporal depende de la evolución de la temperatura ambiente. Estos son organismos poiquilotérmicos (poikilos - varios), en los que la temperatura corporal es variable.
Los poiquilotermos son todos los microorganismos, hongos, plantas, invertebrados y la mayoría de los cordados. Y solo dos grupos de vertebrados, aves y mamíferos, son organismos homoiotérmicos (homoios, similares). Mantienen una temperatura corporal constante, independientemente de la temperatura ambiente. También se les llama animales de sangre caliente. Su principal diferencia es la presencia de un poderoso flujo de calor interno y un sistema de mecanismos termorreguladores. Como resultado, en los organismos homoiotérmicos, todos los procesos fisiológicos se llevan a cabo a temperaturas óptimas y constantes.
Verdadero y Falso
Algunos poiquilotermoslos organismos como los peces y los equinodermos también tienen una temperatura corporal constante. Viven en condiciones de temperaturas externas constantes (las profundidades del océano o cuevas), donde la temperatura ambiente no cambia. Se les llama organismos falsamente homoiotérmicos. Muchos animales que experimentan hibernación o letargo temporal tienen temperaturas corporales fluctuantes. Estos organismos verdaderamente homoiotérmicos (ejemplos: marmotas, murciélagos, erizos, vencejos y otros) se denominan heterotermales.
Querida aromorfosis
La aparición de la homoiotermia en los seres vivos es una adquisición evolutiva que consume mucha energía. Los estudiosos todavía discuten sobre el origen de este cambio progresivo en la estructura, que condujo a un aumento en el nivel de organización. Se han propuesto muchas teorías sobre el origen de los organismos de sangre caliente. Algunos investigadores admiten que incluso los dinosaurios podrían tener esta característica. Pero con todos los desacuerdos de los científicos, una cosa es segura: la aparición de organismos homoiotérmicos es un fenómeno bioenergético. Y la complicación de las formas de vida está asociada con la mejora funcional de los mecanismos de transferencia de calor.
Compensación de temperatura
La capacidad de algunos organismos poiquilotérmicos para mantener un nivel constante de procesos metabólicos en una amplia gama de cambios en la temperatura corporal es proporcionada por adaptaciones bioquímicas y se denomina compensación de temperatura. Se basa en la capacidad de algunas enzimas para cambiar su configuración al disminuir la temperatura y aumentar su afinidad con el sustrato, aumentando la velocidad de las reacciones. Por ejemplo, en mejillones bivalvosEn el Mar de Barents, el consumo de oxígeno no depende de la temperatura ambiente, que oscila entre 25 °C (+5 y +30 °C).
Formas intermedias
Los biólogos evolutivos han encontrado los mismos representantes de las formas de transición de los mamíferos poiquilotérmicos a los de sangre caliente. Biólogos canadienses de la Universidad de Brock han descubierto la sangre caliente estacional en el tegu blanco y negro argentino (Alvator merianae). Este lagarto de casi un metro vive en América del Sur. Como la mayoría de los reptiles, el tegu toma el sol durante el día y se esconde en madrigueras y cuevas por la noche, donde se refresca. Pero durante la temporada de reproducción de septiembre a octubre, la temperatura del tegu, la frecuencia respiratoria y el ritmo de las contracciones del corazón en la mañana aumentan considerablemente. La temperatura corporal de un lagarto puede superar en diez grados la temperatura de una cueva. Esto prueba la transición de formas de animales de sangre fría a animales homoiotérmicos.
Mecanismos de termorregulación
Los organismos homootérmicos siempre trabajan para garantizar el funcionamiento de los principales sistemas - circulatorio, respiratorio, excretor - generando un mínimo de producción de calor. Este mínimo producido en reposo se denomina metabolismo basal. La transición al estado activo en los animales de sangre caliente aumenta la producción de calor y necesitan mecanismos para aumentar la transferencia de calor para evitar la desnaturalización de las proteínas.
El proceso de lograr un equilibrio entre estos procesos lo proporciona la termorregulación química y física. Estos mecanismos brindan protección a los organismos homoiotérmicos de las bajas temperaturas ycalentamiento excesivo. Los mecanismos para mantener una temperatura corporal constante (termorregulación química y física) tienen diferentes orígenes y son muy diversos.
Termorregulación química
En respuesta a una disminución de la temperatura ambiental, los animales de sangre caliente aumentan de forma refleja la producción de calor endógeno. Esto se logra aumentando los procesos oxidativos, especialmente en los tejidos musculares. La contracción muscular descoordinada (temblor) y el tono termorregulador son las primeras etapas del aumento de la producción de calor. Al mismo tiempo, aumenta el metabolismo de los lípidos y el tejido adiposo se convierte en la clave para una mejor termorregulación. Los mamíferos en un clima frío incluso tienen grasa parda, todo el calor de la oxidación se destina a calentar el cuerpo. Este gasto de energía requiere que el animal consuma una gran cantidad de alimento o que tenga importantes reservas de grasa. Con la f alta de estos recursos, la termorregulación química tiene sus límites.
Mecanismos de termorregulación física
Este tipo de termorregulación no requiere costes adicionales para la generación de calor, sino que se realiza conservando el calor endógeno. Se lleva a cabo por evaporación (sudoración), radiación (radiación), conducción de calor (conducción) y convección de la piel. Los métodos de termorregulación física se han desarrollado en el curso de la evolución y se están volviendo cada vez más perfectos cuando se estudian las series filogenéticas desde los insectívoros y los murciélagos hasta los mamíferos.
Un ejemplo de tal regulación es el estrechamiento o expansión de los capilares sanguíneos de la piel, que cambiaconductividad térmica, propiedades de aislamiento térmico de pieles y plumas, intercambio de calor a contracorriente de sangre entre vasos superficiales y vasos de órganos internos. La disipación de calor está regulada por la pendiente del pelo y las plumas del pelaje, entre las cuales se mantiene un espacio de aire.
En los mamíferos marinos, la grasa subcutánea se distribuye por todo el cuerpo, protegiendo el endo-calor. Por ejemplo, en las focas, dicha bolsa de grasa alcanza hasta el 50% del peso total. Por eso la nieve no se derrite bajo las focas que yacen sobre el hielo durante horas. Para los animales que viven en climas cálidos, una distribución uniforme de la grasa corporal en toda la superficie del cuerpo sería fatal. Por lo tanto, su grasa se acumula solo en ciertas partes del cuerpo (la joroba de un camello, la cola gorda de una oveja), lo que no impide la evaporación de toda la superficie del cuerpo. Además, los animales del clima frío del norte tienen un tejido adiposo especial (grasa parda), que se utiliza por completo para calentar el cuerpo.
Más al sur: orejas más grandes y piernas más largas
Las diferentes partes del cuerpo están lejos de ser equivalentes en términos de transferencia de calor. Para mantener la transferencia de calor, la relación entre la superficie del cuerpo y su volumen es importante, porque el volumen de calor interno depende de la masa del cuerpo y la transferencia de calor se produce a través de los tegumentos. Las partes sobresalientes del cuerpo tienen una gran superficie, lo cual es bueno para climas cálidos, donde los animales de sangre caliente necesitan mucha transferencia de calor. Por ejemplo, las orejas grandes con muchos vasos sanguíneos, las extremidades largas y la cola son típicas de los residentes de un clima cálido (elefante, zorro fennec, zorro africano).jerbo de orejas largas). En condiciones de frío, la adaptación sigue el camino del ahorro de área a volumen (orejas y cola de focas).
Hay otra ley para los animales de sangre caliente: cuanto más al norte viven los representantes de un grupo filogenético, más grandes son. Y esto también está relacionado con la relación entre el volumen de la superficie de evaporación y, en consecuencia, la pérdida de calor y la masa del animal.
Etología y transferencia de calor
Las características de comportamiento también juegan un papel importante en los procesos de transferencia de calor, tanto para animales poiquilotérmicos como homeotérmicos. Esto incluye cambios en la postura, la construcción de refugios y varias migraciones. Cuanto mayor es la profundidad del agujero, más suave es el curso de las temperaturas. Para latitudes medias, a una profundidad de 1,5 metros, las fluctuaciones estacionales de temperatura son imperceptibles.
El comportamiento grupal también se utiliza para la termorregulación. Entonces, los pingüinos se apiñan, aferrándose fuertemente el uno al otro. Dentro del montón, la temperatura es cercana a la temperatura corporal de los pingüinos (+37 °C) incluso en las heladas más severas. Los camellos hacen lo mismo: en el centro del grupo la temperatura es de aproximadamente +39 °C, y el pelaje de los animales más externos se puede calentar hasta +70 °C.
La hibernación es una estrategia especial
El estado aletargado (estupor) o la hibernación son estrategias especiales de los animales de sangre caliente que permiten utilizar los cambios de temperatura corporal con fines adaptativos. En este estado, los animales dejan de mantener la temperatura corporal y la reducen casi a cero. La hibernación se caracteriza por una disminución de la tasa metabólica yconsumo de recursos acumulados. Este es un estado fisiológico bien regulado, cuando los mecanismos de termorregulación cambian a un nivel más bajo: la frecuencia cardíaca disminuye (por ejemplo, en un lirón de 450 a 35 latidos por minuto), el consumo de oxígeno disminuye de 20 a 100 veces.
El despertar requiere energía y se produce por autocalentamiento, que no debe confundirse con el estupor de los animales de sangre fría, donde se produce por una disminución de la temperatura ambiente y es un estado no regulado por el propio organismo (despertar ocurre bajo la influencia de factores externos).
El estupor también es un estado regulado, pero la temperatura corporal desciende solo unos pocos grados y, a menudo, acompaña a los ritmos circadianos. Por ejemplo, los colibríes se adormecen por la noche cuando la temperatura de su cuerpo baja de 40 °C a 18 °C. Hay muchas transiciones entre el letargo y la hibernación. Entonces, aunque llamamos al sueño de los osos en hibernación invernal, de hecho, su metabolismo disminuye ligeramente y la temperatura de su cuerpo desciende solo entre 3 y 6 ° C. Es en este estado que la osa da a luz a los cachorros.
¿Por qué hay pocos organismos homoiotérmicos en el medio acuático?
Entre los hidrobiontes (organismos que viven en el medio ambiente acuático) hay pocos representantes de los animales de sangre caliente. Las ballenas, los delfines y los lobos marinos son animales acuáticos secundarios que han regresado al medio acuático desde la tierra. La sangre caliente se asocia principalmente con un aumento en los procesos metabólicos, cuya base son las reacciones de oxidación. Y el oxígeno juega un papel importante aquí. Y, como sabes, enen el medio acuático, el contenido de oxígeno no es superior al 1% en volumen. La difusión de oxígeno en el agua es miles de veces menor que en el aire, lo que hace que esté aún menos disponible. Además, con un aumento de la temperatura y el enriquecimiento del agua con compuestos orgánicos, el contenido de oxígeno disminuye. Todo ello hace que la existencia de un gran número de organismos de sangre caliente en el medio acuático sea energéticamente desfavorable.
Pros y contras
La principal ventaja de los animales de sangre caliente sobre los de sangre fría es su disposición a actuar independientemente de la temperatura ambiente. Esta es una oportunidad para soportar temperaturas nocturnas cercanas al punto de congelación y el desarrollo de los territorios del norte de la tierra.
El principal inconveniente de la sangre caliente es el alto consumo de energía para mantener una temperatura corporal constante. Y la fuente principal de esto es la comida. Un león de sangre caliente necesita diez veces más alimento que un cocodrilo de sangre fría del mismo peso.
