Обратимая гипотермия - спячка (нерегулярное оцепенение, суточное и сезонное). Эстивация - летняя спячка.
Адаптация к экстремальным климатическим условиям.
Правило Бергмана: В пределах вида или достаточно однородной группы близких видов животные с более крупным размером тела встречаются в более холодных областях. Т.е., животные, обитающие в холодных областях (киты, полярные медведи) имеют крупные размеры, а в жарких странах - мелкие. Исключения: мелкие арктические животные отличаются большим аппетитом, небольшие конечности, впадают в спячку, а крупные животные жарких стран (слоны, бегемоты; слоны имеют большие уши, хлопая ими, повышают теплоотдачу. Бегемот перемещается из суши в воду и наоборот. Это правило согласуется с простым термодинамическим соображением. Поверхность тела животного пропорциональна квадрату его размера, тогда как объем пропорционален кубу размера. Потеря тепла пропорциональная поверхности тела и, следовательно, тем выше, чем больше отношение поверхности тела к его объему, т.е. чем меньше тело животного. Чем крупнее животное и чем компактнее форма его тела, тем легче ему поддерживать постоянную температуру; чем мельче животное, тем выше уровень его основного обмена. Часто в качестве примера приводят пингвинов, обитающих в южном полушарии. Наиболее крупный из них - королевский пингвин - гнездится на материке Антарктида, а живет в прибрежных районах; самый мелкий - галопагосский пингвин обитает на экваторе. Фактически, однако, не все виды пингвинов при парном сравнении подтверждают это правило. Так, средний размер особей в популяциях тупика Fratercula arctica, оцененный, как это всего удобнее, по длине крылышка, постепенно сокращается в направлении с севера на юг - от 18, 5 см на о.Шпицберген до 14 см на о.Майорка.
Правило Аллена: у видов, живущих в холодном климате, придатки (уши, нос) меньше, чем у родственников из теплых мест. Это правило является частным случаем предыдущего. Придатки тела (уши, хвосты, лапы) тем короче, а тело массивнее, чем холоднее климат. Хорошим примером может служить лисица: фенек Сахары имеет длинные конечности и огромные уши; лисица европейских стран более приземиста, а ее уши намного короче; у песца, живущего в Арктике, очень маленькие уши и короткая морда.
3. Вода, минеральные соли
Содержание Н2О 50-80 % в тканях. Значение воды:
- вода является основной средой биохимических реакций;
- циркуляция, транспорт питательных веществ и выведение продуктов диссимиляции в организме в виде водных растворов;
- участие воды в газообмене;
- участие воды в формировании теплового баланса организмов со средой.
Животные получают влагу в виде питья, выведение - с мочой и экскрементами, испарение. Метаболическая вода: в жировых отложениях запасы, при окислении жиров - вода. Соли входят в состав тканей. Поддерживают осмотическое давление клеток, ионное равновесие. Пойкилоосмотические организмы - концентрация солей в тканях ~ близка к концентрации солей в окружающей среде (морские беспозвоночные, цианобактерии, низшие растения). Гомойоосмотические - поддерживают внутреннее постоянство осмотического давления.
У растений - О2 повышается, органические отходы метаболизма накапливаются в омертвевших тканях - листьях, ядровой древесине. Са2+ + щавелевая кислота, пектиновые —> кристаллы. Мп, Ре, таннин, никотин - влистьях придают характерный яркий цвет листьев осенью. У животных - у одноклеточных через мембрану клеточной стенки, эпидермис беспозвоночных, трахеи, жабры, кожу, легкие и кожу. Специальная выделительная система у высших позвоночных: кожа, легкие, печень, почки.
Кожа: выводятся вода, мочевина, соли.
Легкие: СО2, водяные пары.
Печень: желчные пигменты; отходы азотистого обмена (при расщеплении белков и нуклеиновых кислот) - аммиак, мочевина, мочевая кислота, триметиламиноксид (у морских рыб - характерный запах), креатин (креатинин); продукты детоксикации (фенольные соединения).
Водно-солевой обмен у водных организмов
По степени солености естественные водоемы условно подразделяются на пресные 0, 5% , солоноватые - 0, 5-16 % , соленые более 16% . По характеру водно-солевого обмена гидробионты делятся на пресноводных и морских.
У большинства морских обитателей концентрация солей в организме близка к морской воде - такие живые организмы называются изотоничными. Абсолютная изотоничность свойственна кишечнполостным и иглокожим. У большинства беспозвоночных наблюдается некоторое повышение осмотического давления внутренней среды организма (гипертоничность), это обеспечивает постоянный приток в организм воды для уравновешивания процессов выделения. Если осмотическое давление внутренней среды организма ниже, чем в морской воде, то это гипотоничность.
Функции экскреции и осморегуляции:
1. Удаление отходов метаболизма (побочные продукты).
2. Регуляция ионного состава жидкости тела. Понижение концентрации Ыа ведет к ухудшению нервной координации. Концентрация К +, Мо2+, Со2+, Ре2+, Н+, I, РО3-4, НСОО СТ.
3. Регуляция содержания Н2 в жидкостях тела.
4. Регуляция концентрации Н +, поддержание рН.
Процессы экскреции и осморегуляции:
Ультрафильтрация - удаление из раствора молекул растворителя и растворимых веществ (при фильтрации крови удаляется большинство мелких молекул ионов солей, сахара, мочевины), образуется первичная моча.
Реабсорбция - обратное всасывание из фильтрата молекул растворимых веществ (ионы солей, сахар) и воды в нужных организму количествах. Отходы метаболизма не реабсорбируются. Конечная моча оказывается гипотонической по отношению к плазме крови.
Секреция - процесс активного переноса растворенных веществ из жидкостей тела в фильтрат или окружающую среду. Это приводит к повышению осмотического давления фильтрата и к понижению осмотического давления жидкостей тела.
Конечный результат этих 3-х механизмов (УФ, Р, С) является гомеостат, т.к. он поддерживает константу состава жидкостей тела.Многие водные организмы, живущие в гипертрофированной среде (морская вода). Теряют воду путем осмоса и поглощают растворенные вещества путем диффузии. Потеря воды возмещается питьем, приемом пищи. При этом повышается концентрация солей, их избыток удаляется путем активного транспорта. Организмы, живущие в гипотонической среде, поглощают воду путем осмоса и теряют растворимые вещества путем диффузии. Потеря солей возмещается путем активного поглощения.
Механизмы осморегуляции:
1. Пресноводная осморегуляция
Вода поступает в организм пресноводных гидробионтов осмотическим путем через жабры и слизистую пищеварительного тракта.Среди пресноводных нет изотоничных форм, концентрация жидкости в их клетках и тканях выше, чем в окружающей среде. Пресноводные гидробионты гипертоничны, они должны постоянно поддерживать осмотическое давление внутренней среды организма. Они гомойосмотичные.
Механизмом поддержания постоянства осмотического давления является активное выделение избытка воды через почки. Потери солей с мочой и эскрементами компенсируются активным переносом ионов из окружающей среды против градиента концентрации. Процесс этот идет через всю поверхность тела, жабры и с пищей. Почки и жабры представляют собой осморегуляторный механизм.
2.Осморегуляция в море
2.1 Костные рыбы
Задачи осморегуляции в море обратны пресноводному типу: в море концентрация солей несколько выше, чем в организме. В результате осмоса организм постоянно обезвоживается. Фильтрационная функция почек, направленная на усиленное выведение воды, у морских костных рыб ослаблена. Но снижение уровня почечной фильтрации не компенсирует потери воды, поэтому морские рыбы постоянно пьют воду, получая при этом избыток солей. Реабсорбция ионов в почечных канальцах морских костных рыб резко снижена, но зато здесь происходит интенсивное обратное всасывание воды из состава первичной мочи. Избыток солей выводится через почки с мочой, кишечник с фекалиями, жабры. Через почки и кишечник выводятся двухвалентные ионы, через жабры – одновалентные.
2.2 Хрящевые рыбы
Концентрация солей в крови хрящевых рыб, также как и у костных рыб, ниже, чем в морской воде. Но осмотическое давление жидкостей тела у этих рыб слегка превышает осмотическое давление морской воды, т.е. они гипертоничны по отношению к среде обитания. Достигается это тем, что, во-первых, в почечных канальцах хрящевых рыб идет активная реабсорбция мочевины и до 70-99% мочевины возвращается из первичной мочи в кровь, повышая ее суммарне омотическое давление; во-вторых, в крови хрящевых рыб накапливается триметиламиноксид (ТМАО), обладающий высокой осмотической активностью. Хрящевых рыб называют метизотоническими животными, т.е. промежуточными мжду гомойо- и пойкилоосмотическими формами.
Водный и солевой обмен на суше
Высшие наземные растения в большинстве своем относятся к гомойогидрическим формам, способным поддерживать определенное соотношение гидратуры цитоплазма и окружающей среды. У пойкилогидрических форм содержание воды в тканях изменчиво и зависит от влажности среды. Влагообмен идет чрез поверхность тела. К пойкилогидрическим формам относятся низшие растения (зеленые водоросли), мхи, папоротники, грибы и лишайники.
Растения извлекают нужную им воду из почвы при помощи корней. Лишайники, среди которых есть формы, довольствующиеся малым количеством воды, могут абсорбировать водяной пар. Низшие растения способны поглощать воду всей своей активной поверхностью. Растения сухого климата обладают рядом морфологических приспособлений, обеспечивающих минимальную потерю воды (погружение устьиц в глубь листа; сочность стебля; редукция листьев, превращающихся в иглы или шипы; способность листьев сворачиваться, прикрывая устьица, и тем уменьшать поверхность испарения).