سازگاری و هم هوایی با دما
چگونگی تنظیم فیزیولوژی و بیوشیمی حیوانات برای مقابله با دمای محیط خود، در طول یک فصل، یک عمر، یا در زمان تکاملی.
Definition
سازگاری با دما، تنظیم تکاملی فیزیولوژی و بیوشیمی یک حیوان با محیط حرارتی آن است، در حالی که هم هوایی، تنظیم فیزیولوژیکی برگشتپذیری است که یک فرد در پاسخ به تغییرات فصلی یا تجربی دما انجام میدهد، که هر دو برای حفظ عملکرد در برابر چالشهای حرارتی عمل میکنند.
Scope
این موضوع به روشهایی میپردازد که حیوانات خود را با دما تطبیق میدهند: تأثیر دما بر نرخهای بیولوژیکی، جبران متابولیکی که عملکرد را در دماهای مختلف تعدیل میکند، سازگاری بیوشیمیایی آنزیمها و غشاها، و راهبردهای تحمل سرما و گرما از جمله ضد یخ و تحمل انجماد. این موضوع بین هم هوایی برگشتپذیر در یک فرد و سازگاری تکاملی در جمعیتها تمایز قائل میشود. پوشش مطالب مقایسهای و مکانیکی است.
Core questions
- دما چگونه بر نرخ فرآیندهای بیولوژیکی تأثیر میگذارد؟
- حیوانات چگونه در طیف وسیعی از دماها به عملکرد خود ادامه میدهند؟
- آنزیمها و غشاها چگونه برای عملکرد در دماهای مختلف تنظیم میشوند؟
- حیوانات چگونه در شرایط انجماد یا نزدیک به انجماد زنده میمانند؟
Key theories
- جبران دمای متابولیکی
- از طریق هم هوایی و سازگاری، حیوانات میتوانند وابستگی شدید نرخهای بیولوژیکی به دما را کاهش دهند، به طوری که عملکرد یک فرد یا گونه در دمای معمول خود یکنواختتر از آن چیزی باشد که حساسیت دمایی خام واکنشها پیشبینی میکند.
- سازگاری بیوشیمیایی پروتئینها و غشاها
- حیوانات انواع آنزیمها، غلظت پروتئینها، و ترکیب لیپیدی غشا (سازگاری همویسکوز) را تنظیم میکنند تا عملکرد کاتالیزوری و سیالیت غشا در دمای غالب مناسب باقی بماند.
Mechanisms
از آنجایی که نرخ واکنشهای شیمیایی با دما افزایش مییابد، فرآیندهای یک موجود خونسرد (ectotherm) با گرم شدن آن سرعت میگیرد و با سرد شدن کند میشود، که با ضریب دما (temperature coefficient) خلاصه میشود. برای جبران این موضوع، حیوانات در طول زمان تنظیماتی انجام میدهند: هم هوایی، مقادیر آنزیمها و مسیرهای متابولیکی را تغییر میدهد به طوری که یک حیوان هم هوایی یافته با سرما، در همان دما بهتر از یک حیوان هم هوایی یافته با گرما عمل میکند. در سطح مولکولی، ارگانیسمها انواع آنزیمی متناسب با دمای خود را بیان میکنند و ترکیب لیپیدی غشاها را تغییر میدهند تا سیالیت را ثابت نگه دارند (سازگاری همویسکوز - homeoviscous adaptation). حیوانات سازگار با سرما ممکن است پروتئینهای ضد یخ یا مواد محلول را انباشته کنند که از تشکیل یخ جلوگیری یا آن را کنترل میکند، و برخی انجماد مایعات خارج سلولی خود را تحمل میکنند. حیوانات مقاوم در برابر گرما به پروتئینهای محافظ و ساختارهای مولکولی پایدار متکی هستند. این تنظیمات شامل هم هوایی برگشتپذیر در طول زندگی و سازگاری تکاملی بلندمدتتر است.
Clinical relevance
مطالعات سازگاری حرارتی چگونگی حفظ عملکرد سلولی و مولکولی را در دماهای مختلف روشن میکند و زیربنای کاربردهایی مانند حفظ سلولها و بافتها در سرما است. این مدخل یک منبع آموزشی است و راهنمایی پزشکی ارائه نمیدهد.
History
کار هوچاکا و سومرو در مورد سازگاری بیوشیمیایی نشان داد که چگونه آنزیمها و غشاها با دما تنظیم میشوند، و کشف گلیکوپروتئینهای ضد یخ توسط دیوریس در ماهیهای قطبی، یک راهحل مولکولی چشمگیر برای زندگی در دریاهای یخزده را آشکار کرد و سازگاری با دما را به عنوان مشکلی که در سطح مولکولی حل میشود، چارچوببندی کرد.
Key figures
- Peter Hochachka
- George Somero
- Knut Schmidt-Nielsen
- Arthur DeVries
Related topics
Seminal works
- hill2016
- schmidtnielsen1997
- randall2002
Frequently asked questions
- تفاوت بین سازگاری و هم هوایی چیست؟
- سازگاری به تنظیمات ارثی اشاره دارد که توسط تکامل در طول نسلها شکل گرفتهاند، در حالی که هم هوایی یک تنظیم برگشتپذیر است که یک فرد در طول عمر خود انجام میدهد، مانند پاسخ به تغییر فصول.
- برخی ماهیها چگونه از یخ زدن در دریاهای قطبی جلوگیری میکنند؟
- آنها پروتئینهای ضد یخ تولید میکنند که به بلورهای کوچک یخ متصل میشوند و از رشد آنها جلوگیری میکنند، و به ماهی اجازه میدهند در آبی که سردتر از آن است که خونش به طور معمول یخ بزند، یخ نزند.