التكيف والتأقلم مع درجة الحرارة
كيف تعدّل الحيوانات فسيولوجيتها وكيمياءها الحيوية للتأقلم مع درجة حرارة بيئتها، على مدار موسم أو مدى الحياة أو عبر الزمن التطوري.
Definition
التكيف مع درجة الحرارة هو التعديل التطوري لفسيولوجيا الحيوان وكيمياءه الحيوية لبيئته الحرارية، بينما التأقلم هو التعديل الفسيولوجي القابل للانعكاس الذي يقوم به الفرد استجابةً للتغيرات الموسمية أو التجريبية في درجة الحرارة، وكلاهما يخدم الحفاظ على الوظيفة عبر التحديات الحرارية.
Scope
يغطي هذا الموضوع الطرق التي تتكيف بها الحيوانات مع درجة الحرارة: تأثير درجة الحرارة على المعدلات البيولوجية، والتعويض الأيضي الذي يخفف الأداء عبر درجات الحرارة، والتكيف الكيميائي الحيوي للإنزيمات والأغشية، واستراتيجيات تحمل البرودة والحرارة بما في ذلك مضادات التجمد وتحمل التجمد. ويميز بين التأقلم القابل للانعكاس داخل الفرد والتكيف التطوري عبر المجموعات السكانية. التغطية مقارنة وميكانيكية.
Core questions
- كيف تؤثر درجة الحرارة على معدلات العمليات البيولوجية؟
- كيف تحافظ الحيوانات على أدائها عبر نطاق من درجات الحرارة؟
- كيف يتم تعديل الإنزيمات والأغشية لتعمل في درجات حرارة مختلفة؟
- كيف تنجو الحيوانات من ظروف التجمد أو ما يقارب التجمد؟
Key theories
- التعويض الأيضي لدرجة الحرارة
- من خلال التأقلم والتكيف، يمكن للحيوانات أن تخفف من الاعتماد القوي للمعدلات البيولوجية على درجة الحرارة، بحيث يكون أداء الفرد أو النوع عند درجة حرارته المعتادة أكثر انتظامًا مما تتنبأ به الحساسية الخام للتفاعلات لدرجة الحرارة.
- التكيف الكيميائي الحيوي للبروتينات والأغشية
- تعدل الحيوانات متغيرات الإنزيمات، وتركيزات البروتين، والتركيب الدهني للأغشية (التكيف اللزوجي المتجانس) بحيث تظل الوظيفة التحفيزية وسيولة الغشاء مناسبة عند درجة الحرارة السائدة.
Mechanisms
نظرًا لأن معدلات التفاعلات الكيميائية ترتفع مع درجة الحرارة، فإن عمليات الكائن الحي ذي الدم البارد تتسارع عندما يسخن وتتباطأ عندما يبرد، وهو ما يلخصه المعامل الحراري. لتعويض ذلك، تتكيف الحيوانات بمرور الوقت: يغير التأقلم كميات الإنزيمات والمسارات الأيضية بحيث يؤدي الحيوان المتأقلم مع البرد أداءً أفضل في البرد من الحيوان المتأقلم مع الدفء عند نفس درجة الحرارة. على المستوى الجزيئي، تعبر الكائنات الحية عن متغيرات الإنزيمات المناسبة لدرجة حرارتها وتعدل التركيب الدهني للأغشية للحفاظ على السيولة ثابتة (التكيف اللزوجي المتجانس homeoviscous adaptation). قد تتراكم لدى الحيوانات المتكيفة مع البرد بروتينات مضادة للتجمد أو مذابات تمنع أو تتحكم في تكوين الجليد، وبعضها يتحمل تجمد سوائلها خارج الخلوية. تعتمد الحيوانات المتحملة للحرارة على البروتينات الواقية والتراكيب الجزيئية المستقرة. تمتد هذه التعديلات لتشمل التأقلم القابل للانعكاس خلال الحياة والتكيف التطوري طويل الأمد.
Clinical relevance
توضح دراسات التكيف الحراري كيف يتم الحفاظ على الوظيفة الخلوية والجزيئية عبر درجات الحرارة وتكمن وراء تطبيقات مثل الحفظ البارد للخلايا والأنسجة. هذا المدخل هو مادة مرجعية تعليمية ولا يقدم إرشادات طبية.
History
أرسى عمل هوتشاكا وسوميرو حول التكيف الكيميائي الحيوي كيفية ضبط الإنزيمات والأغشية لدرجة الحرارة، وكشف اكتشاف ديفريس للبروتينات السكرية المضادة للتجمد في الأسماك القطبية عن حل جزيئي مذهل للحياة في البحار المتجمدة، مما أطر التكيف مع درجة الحرارة كمشكلة تم حلها على المستوى الجزيئي.
Key figures
- Peter Hochachka
- George Somero
- Knut Schmidt-Nielsen
- Arthur DeVries
Related topics
Seminal works
- hill2016
- schmidtnielsen1997
- randall2002
Frequently asked questions
- ما الفرق بين التكيف والتأقلم؟
- يشير التكيف إلى التعديلات الموروثة التي تشكلها التطور عبر الأجيال، في حين أن التأقلم هو تعديل قابل للانعكاس يقوم به الفرد خلال حياته، مثل الاستجابة لتغير الفصول.
- كيف تتجنب بعض الأسماك التجمد في البحار القطبية؟
- تنتج بروتينات مضادة للتجمد ترتبط ببلورات الجليد الصغيرة وتوقف نموها، مما يسمح للأسماك بالبقاء غير متجمدة في مياه أبرد مما قد يتجمد دمها فيه لولا ذلك.