温度适应和驯化

动物如何调整其生理和生物化学以应对环境温度，这包括跨越一个季节、一生或演化时间尺度的调整。

Definition

温度适应是动物生理和生物化学对其热环境的演化调整，而驯化是个体对季节性或实验性温度变化做出的可逆生理调整，两者都旨在维持在热挑战下的功能。

Scope

本主题涵盖动物适应温度的方式：温度对生物速率的影响、在不同温度下缓冲性能的代谢补偿、酶和膜的生化适应，以及包括抗冻和耐冻在内的耐寒和耐热策略。它区分了个体内可逆的驯化和跨种群的演化适应。内容具有比较性和机制性。

Core questions

• 温度如何影响生物过程的速率？
• 动物如何在不同温度范围内保持其功能？
• 酶和膜如何调整以在不同温度下发挥作用？
• 动物如何度过冰冻或接近冰冻的条件？

Key theories

代谢温度补偿

通过驯化和适应，动物可以减弱生物速率对温度的强烈依赖性，使得个体或物种在其常温下的表现比单纯的反应温度敏感性所预测的更为稳定。

蛋白质和膜的生化适应

动物会调整酶变体、蛋白质浓度和膜脂质组成（同粘性适应），以确保催化功能和膜流动性在当前温度下保持适当。

Mechanisms

由于化学反应速率随温度升高而增加，变温动物的生理过程在变暖时加速，在变冷时减慢，这可以用温度系数来概括。为了抵消这种影响，动物会随着时间进行调整：驯化会改变酶的数量和代谢途径，使得在相同温度下，经过冷驯化的动物在寒冷环境中的表现优于经过热驯化的动物。在分子水平上，生物体会表达适合其温度的酶变体，并改变膜的脂质组成以保持流动性恒定（同粘性适应）。适应寒冷的动物可能会积累抗冻蛋白或溶质，以防止或控制冰的形成，有些动物甚至能忍受细胞外液的冰冻。耐热动物则依赖保护性蛋白质和稳定的分子结构。这些调整涵盖了生命周期内可逆的驯化和更长期的演化适应。

Clinical relevance

热适应研究阐明了细胞和分子功能如何在不同温度下得以维持，并为细胞和组织的冷保存等应用提供了基础。本条目为教育参考资料，不提供医疗指导。

History

Hochachka和Somero关于生化适应的工作确立了酶和膜如何适应温度，而DeVries发现极地鱼类中的抗冻糖蛋白则揭示了在冰冻海洋中生存的惊人分子解决方案，将温度适应视为在分子层面解决的问题。

Key figures

• Peter Hochachka
• George Somero
• Knut Schmidt-Nielsen
• Arthur DeVries

Seminal works

• hill2016
• schmidtnielsen1997
• randall2002

Frequently asked questions

适应和驯化有什么区别？

适应是指通过世代演化形成的遗传调整，而驯化是个体在其生命周期内做出的可逆调整，例如对季节变化的响应。

有些鱼类如何在极地海洋中避免结冰？

它们产生抗冻蛋白，这些蛋白能与微小的冰晶结合并阻止其生长，从而使鱼类在比其血液通常会结冰的温度更低的水中保持不结冰。