BIO 101 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΖΩΟΛΟΓΙΑ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "BIO 101 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΖΩΟΛΟΓΙΑ"

Πρόκρις Βασιλικός
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 BIO 101 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΖΩΟΛΟΓΙΑ ΙΑΛΕΞΗ 8. ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗ Ι ΑΣΚΩΝ Μιχάλης Παυλίδης Ηράκλειο, Νοέμβριος

2 ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗ Η θερμοκρασία εξασκεί μια εκθετική επίδραση στη ταχύτητα των βιοχημικών αντιδράσεων (μεταβολισμός) 10 C Τ 2 3 ταχύτητα των αντιδράσεων Η θερμοκρασία επηρεάζει τις ιδιότητες των κυτταρικών μεμβρανών (φωσφολιπίδια) και κατά συνέπεια τη μεταφορά ουσιών και τις κυτταρικές λειτουργίες 2

Η θερμοκρασία επηρεάζει τις ιδιότητες των κυτταρικών μεμβρανών

3 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ & ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ O οργανισμός ανταλλάσσει θερμότητα με το περιβάλλον μέσω 4 φυσικών διεργασιών: Αγωγιμότητα Μεταφορά Aκτινοβολία Εξάτμιση (Conduction) (Convection) (Radiation) (Evaporation) 3

4 ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ & ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗ Ηαγωγιμότητας = άμεση μεταφορά θερμότητας από το θερμότερο προς το ψυχρότερο σώμα Ημεταφοράς = μεταφορά θερμότητας με την κίνηση αέρα ή υγρού πάνω από την επιφάνεια του σώματος Ηακτινοβολίας= ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται από όλα τα αντικείμενα που είναι θερμότερα από το απόλυτο μηδέν Ηεξάτμισης = απώλεια θερμότητας από την επιφάνεια ενός υγρού λόγω εξαέρωσης κάποιων μορίων 4

σώματος Ηακτινοβολίας= ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται από όλα τα αντικείμενα που είναι θερμότερα

5 ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗΣ ΕΞΩΘΕΡΜΙΑ ΕΝ ΟΘΕΡΜΙΑ Η κύρια πηγή θερμικής ενέργειας για το σώμα του οργανισμού προέρχεται από: Tο εξωτερικό περιβάλλον Τον μεταβολισμό ΟΡΟΛΟΓΙΑ Θερμόαιμα ψυχρόαιμα ; Ομοιόθερμα ποικιλόθερμα ; Ενδόθερμα εξώθερμα ; 5

από: Tο εξωτερικό περιβάλλον Τον μεταβολισμό ΟΡΟΛΟΓΙΑ

6 Στρατηγικές θερμορύθμισης (συν.) Εξώθερμα - Τα περισσότερα ασπόνδυλα Τα περισσότερα ψάρια Aμφίβια Eρπετά Ενδόθερμα - Πτηνά Θηλαστικά Λίγα ψάρια Αρκετά έντομα (Μερικώς ενδόθερμα) (Μερικώς ενδόθερμα) 6

7 Iχθείς Τ σώματος 1-2 C της Τ του περιβάλλοντος Η ραχιαία αορτή φέρει αίμα απευθείας από τα βράγχια στους ιστούς για Τ Η μεταβολική θερμότητα από τους κινητικούς μύες απελευθερώνεται στο περιβάλλον «Ενδόθερμα»: Σκομβροειδή, τόνος, ξιφίας (+ ηθολογικές προσαρμογές) 7

μεταβολική θερμότητα από τους κινητικούς μύες απελευθερώνεται στο

8 Αμφίβια Παράγουν λίγη θερμότητα Έχουν γρήγορες απώλειες από το σώμα λόγω εξάτμισης Έκκριση βλέννας Ηθολογικές προσαρμογές 8

9 Ερπετά ΕΡΠΕΤΑ Ηθολογικές προσαρμογές Φυσιολογικές (π.χ. αγγειοδιαστολή, ρίγος) 9

10 Ενδόθερμα Τα ενδόθερμα σπονδυλωτά έχουν σταθερή θερμοκρασία σώματος Πτηνά Θηλαστικά : C : C Παραγωγή Θερμότητας Οξείδωση των τροφών Βασικός κυτταρικός μεταβολισμός Μυϊκή σύσπαση 10

36 38 C Παραγωγή Θερμότητας Οξείδωση των τροφών

11 Σύγκριση των δυο στρατηγικών ΕΞΩΘΕΡΜΑ - Χαμηλό ενεργειακό κόστος ΕΝ ΟΘΕΡΜΑ Υψηλό επίπεδο ενεργότητας των μεταβολικών & νευρικών λειτουργιών Αυξημένο επίπεδο κυτταρικής αναπνοής, άρα & φυσικής δραστηριότητας για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα Μεγαλύτερη γεωγραφική εξάπλωση 11

λειτουργιών Αυξημένο επίπεδο κυτταρικής αναπνοής, άρα & φυσικής

12 Μειονεκτήματα ενδοθερμίας Υψηλό ενεργειακό κόστος Στους 20 C, RMR Ανθρώπου: kcal day-1 RMR Aλιγάτορα: 60 kcal day-1 Μεγαλύτερη κατανάλωση τροφής (για το ίδιο μέγεθος) 12

800 kcal day-1 RMR Aλιγάτορα: 60 kcal day-1

13 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗΣ Ηθολογικές προσαρμογές Φυσιολογικές προσαρμογές 1. Προσαρμογή του ρυθμού ανταλλαγής θερμότητας του οργανισμού με το περιβάλλον Ψύξη μέσω εξάτμισης Αλλαγή στον μεταβολικό ρυθμό παραγωγής θερμότητας 13

Προσαρμογή του ρυθμού ανταλλαγής θερμότητας του 2. 3.

14 ΗΘΟΛΟΓΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗΣ Έκθεση του σώματος στον ήλιο Ξάπλωμα πάνω σε ζεστές πέτρες Αναζήτηση σκιερών τοποθεσιών Αναζήτηση υπόγειων καταφυγίων Μετανάστευση σε ευνοϊκότερα κλίματα 14

Αναζήτηση σκιερών τοποθεσιών Αναζήτηση υπόγειων

15 Παραδείγματα Πρωί: Η σαύρα απορροφά τη θερμότητα του ήλιου με τα το κεφάλι της, ενώ διατηρεί το υπόλοιπο του σώματος της προστατευμένο από το κρύο πρωινό αέρα Μεσημέρι: Αναζητά σκιά από το ζεστό ήλιο Μεσημέρι Πρωί Αργά το απόγευμα: Βγαίνει και Κάθεται παράλληλα στις ακτίνες του ήλιου Αργά το απόγευμα Πηγή: Hickman et al.,

Μεσημέρι: Αναζητά σκιά από το ζεστό ήλιο Μεσημέρι Πρωί Αργά το απόγευμα: Βγαίνει

16 Αποφεύγει το μεσημεριανό ήλιο Μονωτικό τρίχωμα Το ανοικτό χρώμα αντανακλά θερμότητα Πηγή: Hickman et al.,

17 Ορυκτικός τρόπος διαβίωσης π.χ. μικρά θηλαστικά της ερήμου Ζουν κυρίως μέσα στο έδαφος (λαγούμια, τρύπες, στοές) Νυχτόβια διαβίωση Είναι δραστήρια τη νύχτα Η χαμηλότερη θερμοκρασία και η υψηλότερη υγρασία των υπόγειων φωλιών συμβάλουν στη μείωση των απωλειών του νερού μέσω εξάτμισης 17

τρύπες, στοές) Νυχτόβια διαβίωση Είναι δραστήρια τη νύχτα Η χαμηλότερη

18 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΘΕΡΜΟΡΥΘΜΙΣΗΣ Προσαρμογή του ρυθμού ανταλλαγής θερμότητας του οργανισμού με το περιβάλλον Ψύξη λόγω εξάτμισης Αλλαγή στον μεταβολικό ρυθμό παραγωγής θερμότητας 18

19 Α. Προσαρμογή του ρυθμού ανταλλαγής θερμότητας του οργανισμού με το περιβάλλον 1. ομικές προσαρμογές 2. Προσαρμογές στο κυκλοφορικό σύστημα 3. Σύστημα αντιθέτου ροής ανταλλαγής θερμότητας (countercurrent heat exchanger) 19

20 1. Δομικές προσαρμογές Γούνα Υποδόριο λίπος Τρίχωμα Πτέρωμα 20

21 2. Προσαρμογές στο Κυκλοφορικό Σύστημα Αγγειοδιαστολή - Αύξηση της διαμέτρου των αγγείων κοντά στην επιφάνεια του δέρματος - Αύξηση της ροής του αίματος στο δέρμα - Αύξηση απωλειών θερμότητας στο περιβάλλον λόγω αγωγιμότητας, μεταφοράς και ακτινοβολίας. Αγγειοσυστολή - Μείωση των απωλειών θερμότητας 21

22 3. Σύστημα αντιθέτου ροής ανταλλαγής θερμότητας Ανταλλαγή θερμότητας λόγω αντίθετης ροής μεταξύ του αρτηριακού & φλεβικού αίματος. Η θερμότητα μεταφέρεται πίσω στο σώμα και διατηρείται π.χ. Άκρα αρκτικών θηλαστικών ή πτηνών Πτερύγια θαλάσσιων θηλαστικών (φώκιες, φάλαινες) 22

23 Παράδειγμα συστήματος αντιθέτου ροής ανταλλαγής θερμότητας Τ αέρα -30 C Πηγή: Hickman et al.,

24 Β. Ψύξη μέσω εξάτμισης Αύξηση των απωλειών νερού (εξάτμιση) & αύξηση των απωλειών θερμότητας λόγω: Eφίδρωσης από το δέρμα Λαχανιάσματος (αύξηση εξάτμισης μέσω της αναπνοής) 24

25 Γ. Αλλαγή στον μεταβολικό ρυθμό παραγωγής θερμότητας Αύξηση της παραγωγής μεταβολικής θερμότητας μέσω: Αύξηση της δραστηριότητας των σκελετικών μυών - Άσκηση - Ρίγος Θερμογένεση χωρίς πρόκληση ρίγους (non-shivering thermogenesis) 25

26 Προσαρμογές σε Θερμά Περιβάλλοντα 1. Ηθολογικές 2. Γυαλιστερό ωχρό χρώμα δέρματος 3. Λιπώδης υποδόριος ιστός συγκεντρωμένος σε ένα μόνο σημείο Παραγωγή συμπυκνωμένων ούρων & ξηρών κοπράνων Πτώση της Τ του σώματος κατά τη διάρκεια της νύχτας και σταδιακή αύξηση κατά τη διάρκεια της ημέρας Ψύξη μέσω εξάτμισης με εφίδρωση & λαχάνιασμα μόνο όταν η Τ > 41 C Αξιοποίηση μεταβολικού νερού 26

27 Παράδειγμα Προσαρμογών σε Θερμό Περιβάλλον Η μεταβαλλόμενη Τ σώματος μειώνει την εξάτμιση του νερού Αποφεύγει το μεσημεριανό ήλιο Μονωτικό τρίχωμα Το ανοικτό χρώμα αντανακλά θερμότητα Συγκεντρωμένο λίπος στον ύβο Συμπυκνωμένα ούρα & ξηρά κόπρανα Η βαθιά, αργή αναπνοή μειώνει την αναπνευστική απώλεια νερού Επιλέγει Χυμώδη τροφή Πηγή: Hickman et al.,

28 Προσαρμογές σε Ψυχρά Περιβάλλοντα 1. Ηθολογικές (διαβίωση κάτω από τον πάγο) 2. Αύξηση του πάχους της γούνας τον χειμώνα 3. Ανόρθωση τριχών 4. Λίπος στα άκρα 5. ερματική αγγειοσυστολή 28

29 Προσαρμογές σε Ψυχρά Περιβάλλοντα (συν.) 6. Αυξημένη μυϊκή δραστηριότητα (άσκηση ή ρίγος) 7. Αναστολή εφίδρωσης 8. Αύξηση οξείδωσης τροφών, ιδιαίτερα από αποθέματα του φαιού λιπώδους ιστού (θερμογένεση χωρίς πρόκληση ρίγους) 9. Σύστημα αντίθετης ροής ανταλλαγής θερμότητας 29

30 ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΗ ΥΠΟΘΕΡΜΙΑ Εναλλακτική φυσιολογική κατάσταση όπου παρατηρείται μείωση του μεταβολισμού και μείωση του καρδιακού & αναπνευστικού ρυθμού Μηχανισμός εξοικονόμησης ενέργειας Μικρής (ημερήσια αδράνεια) ή Μεγάλης διάρκειας (χειμερία νάρκη, διαθέριση) 30

31 Προσαρμοστική Υποθερμία (συν.) 1. Ημερήσια αδράνεια (Daily torpor) 2. Χειμέρια νάρκη (Hibernation) 3. ιαθέριση (Summer torpor or Aestivation) 4. Παρατεταμένος ύπνος (Prolonged Sleep ) 31

32 Ημερήσια αδράνεια (νάρκη) Προσαρμοστική υποθερμία που σχετίζεται με το διατροφικό μοντέλο Αφορά σε μικρά ενδόθερμα ζώα που έχουν υψηλό μεταβολικό ρυθμό & ρυθμό κατανάλωσης ενέργειας όταν είναι δραστήρια ιατηρούν υψηλή θερμοκρασία σώματος όταν είναι δραστήρια αλλά αφήνουν τη θερμοκρασία τους να πέσει όταν είναι αδρανή ή κοιμούνται 32

33 Mυγαλή Βlack-capped chickadee Νυχτερίδα Κολιμπρί Photos: wikepedia 33

34 Χειμέρια νάρκη Παρατεταμένη και ελεγχόμενη κατάσταση ύπνου Αποθήκευση λίπους στο σώμα «Πτώσεις ελέγχου» της θερμοκρασίας του σώματος Πτώση της θερμοκρασίας του σώματος Μείωση του μεταβολικού ρυθμού Μείωση του καρδιακού & αναπνευστικού ρυθμού Κατά την αφύπνιση παράγεται θερμότητα με έντονο ρίγος καθώς και με χημική θερμογένεση 34

35 Εδαφόβιοι Σκίουροι Μαρμότες Τρωκτικά Photos: wikepedia Σκατζόχοιρος Μονοτρήματα 35

36 Διαθέριση Επιτρέπει την επιβίωση σε μεγάλες περιόδους υψηλών θερμοκρασιών και περιορισμένων ποσοτήτων νερού Μείωση γενικής δραστηριότητας Μείωση μεταβολισμού 36

37 Spotted Salamander (Ambystoma maculatum) Desert tortoise (Gopherus agassizii) Nile crocodile (Crocodylus niloticus) Photos: wikepedia California red-legged frog (Rana draytonii) 37

38 Παρατεταμένος ύπνος Παρατεταμένος ύπνος χωρίς πτώση ή με μικρή μείωση της θερμοκρασίας του σώματος Μείωση του καρδιακού & αναπνευστικού ρυθμού Αρκούδες, ασβοί, ρακούν, οπόσουμ κλπ. 38

39 Αρκούδα Ασβός Ρακούν Photos: wikepedia Οπόσουμ 39

Σχετικά έγγραφα

Πειραµατική Εργοφυσιολογία

Πειραµατική Εργοφυσιολογία Θερμορύθμιση Βασίλης Πασχάλης Επίκουρος καθηγητής ΤΕΦΑΑ - ΕΚΠΑ Θερμική ισορροπία Δυναμική ισορροπία μεταξύ παραγόντων που προσδίδουν και αφαιρούν θερμότητα: Βασικός μεταβολισμός,