变温动物的体温调节

变温动物的体温调节 Prepared on 24 November 2020

变温动物的体温调节

像植物一样，像植物一样,绝大多数的动物,包括鱼类、两栖动物,爬行动物,和各种无脊椎动物,使用外部能源调节体温。这些变温动物使用和植物类似的方法，包括身体大小，形状，和色素沉着的变化。植物和冷血动作最明显的区别是动物通过行为调节温度的选择更多。然而，正如我们将要看到的，这些动物的行为和植物的行为之间的区别更是一个程度的问题，而不是种。

可以调温的变温动物是有效或者精确的吗我们让一个来自一个严密的环境的变温动物来解答我们的问题。

高山蜥蜴

奥利弗·皮尔森(1954)研究了高山蜥蜴,一种不寻常的蜥蜴,因为它在寒冷的环境下兴盛。这种蜥蜴生活在南美洲的安第斯山脉海拔超过4800米的地方。这些山脉，一年四季都很冷,早上气温低至-5℃。蜥蜴晚上在洞穴内,那里的冷却速度比在外面低。然而,皮尔森发现,在夜间,其体温可能跌至℃。即使在这些温度,蜥蜴在每个清晨走出洞穴,立即开始晒太阳,通常在植物材料的垫子上。通过栖息在植物材料上,避免接触石头,它降低了与大地传导的热量损失利率。

在晒太阳时，蜥蜴使自己的背部朝向太阳，来增加辐射的热量获得。它还将自己的身子压平在底层,减少其暴露在风中因为对流产生热损失。此外,皮尔森指出,寒冷蜥蜴从洞穴中出现是乌黑的。他提出这种黑暗色素沉着增加了辐射获得热量通过蜥蜴晒太阳。

皮尔森证明这些行为导致体温迅速提高。在晒太阳一小时后,随着气温上升到℃,蜥蜴的体温上升到33℃,超过周围空气30℃以上！随着时间的推移,气温继续上升,蜥蜴或多或少保持恒定的体温35℃。图总结了这种晒太阳行为。我们问一个冷血动物的温度调节是否是可以有效或精确。皮尔森的研究表明,冷血动物的提问调节可以两种都是。下面的例子显示, 变温动物的有效温度调节不仅限于蜥蜴。

蚱蜢:热情如火

许多蚱蜢也沐浴在阳光下,提升他们的体温到40 °C或更高。R. I Carruthersand 的同事(1992)描述了一些种类的蚱蜢甚至如何调整辐射加热能力,通过在发展过程中不同强度的色素沉着。当在低温下长大,这些物种似乎通过发展暗色素补偿;而在更高的发展的温度时，他们产生更少的色素沉着(图。这些蚱蜢如何改变色素沉着应对发展温度影响体温调节因为蚱蜢饲养在低温下开发深色色素,他们将会增加潜在的人力资源获得。因为那些蚱蜢饲养在高温下开发轻色素沉着,减少他们的潜在的人力资源收益。

洁蚱蜢, 透翅土蝗,居住在亚高山草原在亚利桑那州东部的怀特山脉,这里凉爽的早晨在山上阳光下迅速升温。在清晨,蝗虫和蜥蜴一样,将它的身体垂直于太阳光线并迅速加热到30°到40℃。给他们机会,年幼的蝗虫将维持体温在38°至40℃,非常接近它生长的最佳温度。在实验室里,蝗虫能够提高身体温度高于空气温度12℃以上并且在许多小时之内保持这个温度在一个非常狭窄的范围内(±2℃)。

卡拉瑟斯和他的同事们将蝗虫的样品分为两组,并将它们保持在18℃。其中一个组有机会接近光,而另一组局限于阴暗处下。有机会接近光的蚱蜢晒太阳并且将体温升高到比空气温度高10℃以上。同时,阴暗处的蚱蜢的体温仍接近空气温度(图。

为什么蝗虫晒太阳,使体温高于空气温度研究人员估计,沐浴在阳光下的蚱蜢的发展速度比使其体温适应空气温度快。蝗虫保持一个较高的体温还会获得什么其他益处蚱蜢可能提高体温38°至40℃控制蝗噬虫霉, 可能会感染并杀死蝗虫的一种真菌。

高温能控制噬虫霉属的观点在15%人工介质中种植的真菌在20°C,25°C，30°C,35°C和45℃被测试。在25℃;种群增长最快，高于和低于 25℃真菌种群以较慢的速度增长;他们在35℃不生长,在45℃死亡(图。

在图实验的总结的局限性是什么这个实验是真菌种群生长在人工媒体中进行的。因此,我们应该谨慎预测温度可能影响噬虫霉属在活着的蚱蜢体内生长。在研究真菌在人工媒体的生长,研究人员研究了温度对蚱蜢感染真菌怎样产生致命的影响。他们发现每天暴露在40℃的温度下仅仅4个小时就会显着降低蚱蜢感染噬虫霉属死亡的数量。这些实验的结果支持了通过维持体温在38°至40℃，洁蚱蜢创造了一个不适合他们最严重的病原体的环境的假设。怎样将温度对噬虫霉属种群的增长的影响比作温度对细菌种群的增长的影响如图和显示的

恒温动物的温度调节

吸热的动物和其他我们讨论过的生物的调节不同吗恒温动物使用其他有机体与环境进行热交换的所有结构上的和行为上的变化。所以,温度调节的基本方程, H s=H m±H cd±H cv±H r－H e，他仍然适用于除了一些相关重要性的变化的期限。最重要的是,恒温动物依赖大量的代谢热,H m,来保持恒定的体温。

环境温度和代谢率

p . f . Scholander和他的同事(1950) 通过监控新陈代谢速率研究了几个吸热物种的体温调节的同时把它们暴露在一个温度范围的环境中。环境温度的范围超过一个恒温的动物的代谢率而不会改变被称为热中性区。当环境温度在吸热的动物的热中性区之内,其代谢率保持稳定。如果环境温度低于或高于热中性区恒温动物的新陈代谢率会迅速增加到休息代谢的两倍到三倍。

当环境温度在热中性区范围之外，什么导致代谢率上升我们可以将人类作为一般的恒温动物的反应模型。在低温下,我们开始颤抖,通过肌肉收缩产生热量。我们也释放激素增加代谢率,我们新陈代谢的能量储备,主要是脂肪。增加代谢率来增加我们生成代谢热,H m。在高温下,心率和皮肤的血流量增加。增加的血流量传输热量从人体核心到皮肤，蒸发冷却系统通过流汗加速摆脱热量到外部环境。许多大型恒温动物,如马和骆驼,也靠出汗维持凉爽。其他的哺乳动物不出汗但是通过其他方式蒸发冷却:狗和鸟通过喘息，有袋动物和啮齿动物靠分泌唾液并且舔身体表面湿润身体。

热中性区变化的广度在吸热动物中有很大的变化。Scholander和他的同事们认为,热中性区的宽度的不同明确了两组的生物:热带物种,比较窄的热中性区,和北极物种,广泛的热中性区。研究人员指出,智人的狭窄的热中性区类似于热带雨林哺乳动物和鸟类的几个种类。与此同时,北极物种,如北极狐,有着惊人的宽度的热中性区。

因为大多数恒温动物的正常体温变化从35°至40℃,不足为奇的是这个温度范围属于热带和北极物种的热中性区之内，区分热带和北极物种是很大的限度,因为北极物种喜欢寒冷。例如,北极狐能忍受环境温度降到-30℃没有任何代谢率的增加。与此同时,当温度开始低于29度是一些热带物种的代谢率开始增加。图对比一些北极和热带物种的的热中性区。