Эндотермия и эктотермия

Две основные стратегии поддержания температуры тела: выработка собственного тепла и поддержание постоянной температуры, или же регуляция температуры окружающей средой и поведением.

Definition

Эндотермия — это поддержание температуры тела главным образом за счет внутренней метаболической теплопродукции, тогда как эктотермия — это зависимость от внешних источников тепла и поведения для установления температуры тела; эти термины описывают источник тепла, а не то, регулируется ли температура.

Scope

Эта тема охватывает физиологию основных терморегуляторных стратегий: эктотермии, при которой температура тела в значительной степени зависит от окружающей среды и регулируется поведенчески, и эндотермии, при которой высокая метаболическая теплопродукция поддерживает стабильную, часто высокую температуру. Рассматриваются пути теплообмена, механизмы, используемые эндотермами для производства и сохранения тепла, термонейтральная зона, промежуточные и региональные стратегии, такие как гетеротермия, а также затраты и преимущества каждой из них. Охват является сравнительным и механистическим.

Core questions

• Какими путями животные получают и теряют тепло?
• Как эндотермы генерируют и сохраняют достаточно тепла, чтобы оставаться теплыми?
• Как эктотермы регулируют свою температуру без высокой метаболической теплопродукции?
• Каковы энергетические затраты и экологические преимущества эндотермии по сравнению с эктотермией?

Key theories

Уравнение теплового баланса

Температура животного изменяется в зависимости от чистого производства метаболического тепла и тепла, обмениваемого с окружающей средой посредством теплопроводности, конвекции, излучения и испарения, поэтому терморегуляция — это управление этими параметрами.

Термонейтральная зона у эндотермов

В диапазоне температур окружающей среды эндотерм может поддерживать постоянную температуру тела, регулируя изоляцию и кровоток без дополнительной теплопродукции, и только за пределами этой термонейтральной зоны он должен увеличивать метаболизм или испарительное охлаждение.

Mechanisms

Тепло перемещается между животным и его окружением посредством теплопроводности, конвекции, излучения и испарения, и температура тела отражает баланс этих процессов с метаболическим теплом. Эктотермы имеют низкий уровень метаболизма в состоянии покоя и регулируют температуру поведенчески — греясь на солнце, ища тень, меняя позу — и физиологически, изменяя кровоток и цвет. Эндотермы производят обильное тепло за счет высокой скорости метаболизма, сохраняют его с помощью изоляции, такой как мех, перья и жир, и регулируют потери посредством вазомоторного контроля; в холоде они увеличивают теплопродукцию дрожью и, у некоторых, несократительным термогенезом в буром жире, тогда как в жару они рассеивают его посредством одышки, потоотделения или других испарительных средств. В пределах термонейтральной зоны этих приспособлений достаточно без дополнительных метаболических затрат. Многие животные являются гетеротермами, смешивая стратегии во времени или по областям тела, например, согревая только летательные мышцы или мозг.

Clinical relevance

Сравнительная термическая физиология проясняет реакции на холодовой и тепловой стресс, роль бурого жира в термогенезе и последствия лихорадки и гипотермии. Эта запись является образовательным справочным материалом и не является медицинским руководством.

History

Исследования Шоландера и Ирвинга по изоляции и теплообмену у арктических и тропических животных количественно определили, как эндотермы сохраняют тепло, а Бартоломью и другие исследовали разнообразие терморегуляторного поведения у эктотермов и гетеротермов, установив сравнительную физиологию температуры тела.

Key figures

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

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Всегда ли «хладнокровные» животные холодные?

Нет. Многие эктотермы поддерживают достаточно высокую температуру тела, греясь на солнце и выбирая теплые микросреды; этот термин просто означает, что их тепло поступает в основном из окружающей среды, а не из их собственного метаболизма.

Почему эндотермия требует так много энергии?

Поддержание высокой, стабильной температуры тела требует постоянной выработки тепла, поэтому эндотермы должны потреблять гораздо больше пищи, чем эктотермы аналогичного размера, чтобы обеспечить эту постоянную теплопродукцию.