Sıcaklığa Uyum ve Aklimatizasyon
Hayvanların fizyolojilerini ve biyokimyalarını, çevrelerinin sıcaklığına mevsimsel, yaşam boyu veya evrimsel zaman ölçeklerinde nasıl uyarladıkları incelenmektedir.
Tanım
Sıcaklığa adaptasyon, bir hayvanın fizyolojisinin ve biyokimyasının termal çevresine evrimsel olarak uyum sağlamasıdır; aklimatizasyon ise bir bireyin mevsimsel veya deneysel sıcaklık değişikliklerine yanıt olarak yaptığı geri dönüşümlü fizyolojik uyumdur ve her ikisi de termal zorluklar karşısında işlevi sürdürmeye hizmet etmektedir.
Kapsam
Bu konu, hayvanların sıcaklığa uyum sağlama yöntemlerini kapsamaktadır: sıcaklığın biyolojik hızlar üzerindeki etkisi, farklı sıcaklıklarda performansı dengeleyen metabolik kompanzasyon (metabolic compensation), enzimlerin ve zarların biyokimyasal adaptasyonu ile antifriz (antifreeze) ve donmaya tolerans (freeze tolerance) gibi soğuk ve sıcağa dayanıklılık stratejileri ele alınmaktadır. Birey içindeki geri dönüşümlü aklimatizasyon (acclimatisation) ile popülasyonlar arası evrimsel adaptasyon (evolutionary adaptation) arasındaki ayrım yapılmaktadır. Kapsam karşılaştırmalı ve mekanistiktir.
Temel sorular
- Sıcaklık, biyolojik süreçlerin hızlarını nasıl etkilemektedir?
- Hayvanlar, farklı sıcaklık aralıklarında performanslarını nasıl sürdürmektedir?
- Enzimler ve zarlar, farklı sıcaklıklarda işlev görmek üzere nasıl ayarlanmaktadır?
- Hayvanlar, donma veya donmaya yakın koşullarda nasıl hayatta kalmaktadır?
Temel kuramlar
- Metabolik sıcaklık kompanzasyonu
- Hayvanlar, aklimatizasyon ve adaptasyon yoluyla biyolojik hızların sıcaklığa olan güçlü bağımlılığını azaltabilmekte, böylece bir bireyin veya türün olağan sıcaklıktaki performansı, reaksiyonların ham sıcaklık duyarlılığının öngöreceğinden daha tekdüze olmaktadır.
- Proteinlerin ve zarların biyokimyasal adaptasyonu
- Hayvanlar, enzim varyantlarını, protein konsantrasyonlarını ve zar lipid bileşimini (homeoviscous adaptasyon) ayarlayarak, katalitik işlevin ve zar akışkanlığının mevcut sıcaklıkta uygun kalmasını sağlamaktadır.
Mekanizmalar
Kimyasal reaksiyon hızları sıcaklıkla arttığı için, bir ektoterm (ectotherm) ısındığında süreçleri hızlanmakta, soğuduğunda ise yavaşlamaktadır; bu durum sıcaklık katsayısı (temperature coefficient) ile özetlenmektedir. Bunu dengelemek için hayvanlar zamanla uyum sağlamaktadır: aklimatizasyon, enzim miktarlarını ve metabolik yolları değiştirmekte, böylece soğuğa aklimatize olmuş bir hayvan, aynı sıcaklıkta sıcağa aklimatize olmuş bir hayvana göre soğukta daha iyi performans göstermektedir. Moleküler düzeyde, organizmalar kendi sıcaklıklarına uygun enzim varyantlarını ifade etmekte ve akışkanlığı sabit tutmak için zarların lipid bileşimini (homeoviscous adaptasyon) değiştirmektedir. Soğuğa adapte olmuş hayvanlar, buz oluşumunu önleyen veya kontrol eden antifriz proteinleri veya çözünen maddeler biriktirebilmekte ve bazıları hücre dışı sıvılarının donmasına tolerans gösterebilmektedir. Sıcağa toleranslı hayvanlar ise koruyucu proteinlere ve kararlı moleküler yapılara güvenmektedir. Bu uyumlar, yaşam içi geri dönüşümlü aklimatizasyon ile daha uzun vadeli evrimsel adaptasyon arasında değişmektedir.
Klinik önem
Termal adaptasyon çalışmaları, hücresel ve moleküler işlevin farklı sıcaklıklarda nasıl sürdürüldüğünü açıklamakta ve hücrelerin ve dokuların soğukta korunması gibi uygulamaların temelini oluşturmaktadır. Bu madde, eğitim amaçlı bir referans materyalidir ve tıbbi rehberlik sağlamamaktadır.
Tarihçe
Hochachka ve Somero'nun biyokimyasal adaptasyon üzerine çalışmaları, enzimlerin ve zarların sıcaklığa nasıl ayarlandığını ortaya koymuştur. DeVries'in kutup balıklarındaki antifriz glikoproteinlerini keşfi ise donan denizlerdeki yaşam için çarpıcı bir moleküler çözüm sunarak, sıcaklığa adaptasyonu moleküler düzeyde çözülmüş bir sorun olarak çerçevelemiştir.
Öne çıkan isimler
- Peter Hochachka
- George Somero
- Knut Schmidt-Nielsen
- Arthur DeVries
İlgili konular
Temel eserler
- hill2016
- schmidtnielsen1997
- randall2002
Sıkça sorulan sorular
- Adaptasyon ile aklimatizasyon arasındaki fark nedir?
- Adaptasyon, nesiller boyunca evrim tarafından şekillendirilen kalıtsal uyumları ifade ederken, aklimatizasyon, bir bireyin kendi yaşam süresi içinde, örneğin mevsim değişikliklerine yanıt olarak yaptığı geri dönüşümlü bir uyumdur.
- Bazı balıklar kutup denizlerinde donmaktan nasıl kaçınmaktadır?
- Küçük buz kristallerine bağlanarak büyümelerini durduran antifriz proteinleri üretirler, bu da balığın kanının normalde donacağı sıcaklıktan daha soğuk sularda donmadan kalmasını sağlamaktadır.