内温性および外温性

体温を設定するための2つの主要な戦略：自ら熱を産生し安定した体温を維持するか、あるいは環境と行動によって体温を調節するか。

Definition

内温性とは、主に内部で生成される代謝熱によって体温を維持することであり、外温性とは、体温を設定するために外部の熱源と行動に依存することです。これらの用語は、体温が調節されるかどうかではなく、熱源を説明するものです。

Scope

このトピックでは、主要な体温調節戦略の生理学について扱います。外温性とは、体温が主に環境に左右され、行動によって調節されるものであり、内温性とは、高い代謝熱産生によって安定した、しばしば高い体温を維持するものです。熱交換の経路、内温動物が熱を産生・保持するために用いるメカニズム、熱中性帯、異温性などの中間的・局所的戦略、そしてそれぞれのコストと利点について論じます。比較生理学的およびメカニズム的な観点から解説します。

Core questions

• 動物はどのような経路で熱を獲得し、失うのか？
• 内温動物はどのようにして暖かさを保つために十分な熱を生成し、保持するのか？
• 外温動物は高い代謝熱なしにどのように体温を調節するのか？
• 内温性と外温性のエネルギーコストと生態学的利点は何か？

Key theories

熱収支方程式

動物の体温は、代謝熱産生と、伝導、対流、放射、蒸発によって環境と交換される熱の正味の差に応じて変化するため、体温調節とはこれらの項目の管理である。

内温動物の熱中性帯

ある範囲の周囲温度内では、内温動物は断熱と血流を調節することで、追加の熱産生なしに体温を一定に保つことができ、この熱中性帯の外でのみ代謝を増加させるか蒸発冷却を行う必要がある。

Mechanisms

熱は、伝導、対流、放射、蒸発によって動物と周囲の間で移動し、体温はこれらと代謝熱とのバランスを反映します。外温動物は基礎代謝が低く、日光浴、日陰探し、姿勢変更などの行動によって、また血流や体色の変化によって生理学的に体温を調節します。内温動物は高い代謝率から豊富な熱を産生し、毛皮、羽毛、脂肪などの断熱材でそれを保持し、血管運動制御によって熱損失を調節します。寒冷時には、震えによって熱産生を高め、一部の動物では褐色脂肪組織における非ふるえ熱産生によって熱を産生します。一方、暑熱時には、パンティング、発汗、その他の蒸発冷却手段によって熱を放散します。熱中性帯内では、これらの調節は追加の代謝コストなしで十分です。多くの動物は異温動物であり、時間的または体の部位によって戦略を混合します。例えば、飛翔筋や脳のみを温めるなどです。

Clinical relevance

比較熱生理学は、寒冷および熱ストレスに対する反応、熱産生における褐色脂肪の役割、発熱および低体温症の結果を明らかにします。この項目は教育的な参考資料であり、医学的助言ではありません。

History

ScholanderとIrvingによる北極および熱帯動物における断熱と熱交換の研究は、内温動物がどのように熱を保持するかを定量化しました。Bartholomewらは、外温動物および異温動物における体温調節行動の多様性を探求し、体温の比較生理学を確立しました。

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Per Scholander
• George Bartholomew
• Laurence Irving

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

「冷血動物」は常に冷たいのですか？

いいえ。多くの外温動物は、日光浴をしたり、暖かい微小生息地を選んだりすることで、体をかなり暖かく保ちます。この用語は、熱が主に自身の代謝からではなく、環境から来ることを意味するに過ぎません。

なぜ内温性はこれほど多くのエネルギーを消費するのですか？

高く安定した体温を維持するには、継続的に熱を産生する必要があるため、内温動物は、その絶え間ない熱産生を賄うために、同じ大きさの外温動物よりもはるかに多く食べなければなりません。