Eurytherm

Eurytherm to organizm , często endoterma , który może funkcjonować w szerokim zakresie temperatur otoczenia. Aby zostać uznanym za eurytermę, należy wziąć pod uwagę wszystkie etapy cyklu życiowego organizmu , w tym stadia młodociane i larwalne . Te szerokie zakresy tolerowanych temperatur wynikają bezpośrednio z tolerancji białek danego organizmu eurytermalnego . Ekstremalne przykłady eurythermów obejmują niesporczaki ( Tardigrada ), szczenięta pustynne ( Cyprinodon macularis ) i zielone kraby ( Carcinus maenas ), jednak prawie wszystkie ssaki , w tym ludzie , są uważane za eurythermy. Eurytermia może być zaletą ewolucyjną: adaptacje do niskich temperatur, zwane eurytemią zimna, są postrzegane jako niezbędne do przetrwania gatunków podczas epok lodowcowych . Ponadto zdolność do przetrwania w szerokim zakresie temperatur zwiększa zdolność gatunku do zamieszkiwania innych obszarów, co jest zaletą dla doboru naturalnego .

Eurytermia jest aspektem termoregulacji organizmów. Kontrastuje to z ideą stenotermicznych , które mogą działać tylko w stosunkowo wąskim zakresie temperatur otoczenia. Dzięki szerokiej gamie mechanizmów radzenia sobie z temperaturą organizmy eurytermiczne mogą dostarczać lub wydalać ciepło dla siebie, aby przetrwać odpowiednio w zimnie lub w upale, lub w inny sposób przygotować się na ekstremalne temperatury. Wykazano, że niektóre gatunki eurythermów mają unikalne procesy syntezy białek, które odróżniają je od stosunkowo stenotermicznych, ale poza tym podobnych gatunków.

Las borealny w Kanadzie. W tym lesie prawdopodobnie znajdowałyby się drzewa liściaste i iglaste.

Przykłady

• Niesporczaki, znane ze swojej zdolności do przetrwania w prawie każdym środowisku , są ekstremalnymi przykładami eurytermów. Niektóre gatunki niesporczaków, w tym Mi. tardigradum są w stanie wytrzymać i przetrwać temperatury w zakresie od –273 ° C (blisko zera bezwzględnego ) do 150 ° C w stanie anhydrobiotycznym .
• Szczeniak pustynny, rzadka ryba kostnoszkieletowa, która zamieszkuje takie miejsca, jak delta rzeki Kolorado w Baja California , małe stawy w Sonorze w Meksyku i drenaże w pobliżu Morza Salton w Kalifornii , może funkcjonować w wodach o temperaturze od 8°C do 42°C.
• Krab zielony to pospolity gatunek kraba przybrzeżnego , którego zasięg rozciąga się od Islandii i środkowej Norwegii na północy po Republikę Południowej Afryki i Wiktorię w Australii na południu, w tym bardziej umiarkowane regiony, takie jak północno-zachodnia Afryka pomiędzy nimi. Wykazano, że krab zielony przeżywa w wodach o temperaturze co najmniej 8 ° C i co najmniej tak ciepłej, jak 35 ° C.
• Borealne liściaste drzewa iglaste (rodzaj Larix ) to podstawowe rośliny zamieszkujące borealne lasy Syberii i Ameryki Północnej. Chociaż są to drzewa iglaste, są liściaste i dlatego jesienią gubią igły. Gatunki takie jak świerk czarny lub tamarak ( Larix laricina ) zajmują szerokie połacie ziemi, rozciągające się od Indiany na południu, aż po koło podbiegunowe na północnej Alasce , w Kanadzie i Syberię na północy. Wykazano, że świerk czarny może wytrzymać temperatury do –85°C i co najmniej tak wysokie jak 20°C.
• Orki ( Orcinus orca ) występują na prawie każdej szerokości geograficznej na ziemi. Są w stanie wytrzymać temperaturę wody w zakresie od 0° do 30-35°C. Orki są uważane za gatunek kosmopolityczny , razem z rybołowem ( Pandion haliaetus ) i wróblem domowym ( Paser domesticus ).

Rozmieszczenie orki ( Orcinus orca ) zaznaczone na niebiesko. Ten kosmopolityczny gatunek zamieszkuje prawie każdy obszar oceanu światowego .

Przewaga nad stenotermami

Uważa się, że adaptacje do niskich temperatur (eurytermia zimna) u zwierząt, pomimo wysokich kosztów adaptacji funkcjonalnej , umożliwiły mobilność i zwinność. Ta zimna eurytermia jest również postrzegana jako niemal niezbędna do przetrwania kryzysów ewolucyjnych, w tym epok lodowcowych, które występują ze względną częstotliwością w ewolucyjnej skali czasu . Ze względu na swoją zdolność do zapewnienia nadmiaru energii i zakresu aerobowego wymaganego do endotermii , eurytermia jest uważana za „brakujące ogniwo” między ektotermią a endotermią. Sukces zielonego kraba pokazuje jeden przykład przewagi eurytermicznej. Chociaż gatunki inwazyjne są zwykle uważane za szkodliwe dla środowiska, do którego zostały wprowadzone, a nawet uważane za główną przyczynę wymierania zwierząt , zdolność zwierzęcia do rozwoju w różnych warunkach środowiskowych jest formą sprawności ewolucyjnej , a zatem jest typową cechą odnoszących sukcesy gatunków. Względna eurytermalność gatunku jest jednym z głównych czynników warunkujących jego zdolność do przetrwania w różnych warunkach. Przykładem przewagi eurytermicznej może być awaria wielu raf koralowych na świecie. Większość gatunków koralowców uważa się za stenotermiczne. Światowy wzrost temperatur oceanicznych spowodował, że wiele raf koralowych zaczęło blaknąć i obumierać, ponieważ koralowce zaczęły wydalać algi zooksantelle, które żyją w ich tkankach i dostarczają im pożywienia i koloru. To blaknięcie spowodowało śmiertelność obserwowanych koralowców na poziomie 50% w wodach u wybrzeży Cape York w północno-wschodniej Australii oraz wskaźnik blaknięcia na poziomie 12% obserwowanych raf na całym świecie. Chociaż regulatory, zwłaszcza endotermy, zużywają znacznie większą część energii na jednostkę masy, zalety endotermii, zwłaszcza endogennej , okazały się wystarczająco znaczące do selekcji .

Mechanizmy radzenia sobie termicznego

Zdolność do utrzymania homeostazy w różnych temperaturach jest najważniejszą cechą definiującą endotermiczny euryterm, podczas gdy inne, termokonformujące eurytermy, takie jak niesporczaki, są po prostu w stanie wytrzymać znaczne zmiany wewnętrznej temperatury ciała, które występują wraz ze zmianami temperatury otoczenia. Zwierzęta eurytermiczne mogą być albo konformerami, albo regulatorami, co oznacza, że ​​ich wewnętrzna fizjologia może odpowiednio zmieniać się w zależności od środowiska zewnętrznego lub zachowywać spójność niezależnie od środowiska zewnętrznego. Należy zauważyć, że endotermy nie opierają się wyłącznie na wewnętrznej termogenezie dla wszystkich części homeostazy lub komfortu; w rzeczywistości pod wieloma względami są tak samo zależni od zachowania w regulowaniu temperatury ciała, jak ektotermy. Gady są ektotermami i dlatego polegają na pozytywnej termotaksji , wygrzewaniu się ( heliotermii ), ryciu i stłoczeniu się z przedstawicielami swojego gatunku w celu regulowania temperatury ciała w wąskim zakresie, a nawet wywoływania gorączki w celu zwalczania infekcji. Podobnie ludzie polegają na ubraniach, mieszkaniach, klimatyzacji i piciu, aby osiągnąć te same cele, chociaż ogólnie nie uważa się, że ludzie wskazują na endotermy.

Krab zielony jest niezwykle pospolitym gatunkiem kraba przybrzeżnego. Uważany za gatunek inwazyjny, zdolność zielonego kraba do funkcjonowania w szerokim zakresie temperatur wody i powietrza pozwala mu na znaczne zróżnicowanie w swoim zasięgu.

Stały dopływ tlenu do tkanek ciała determinuje zakres temperatury ciała organizmu. Eurythermy, które żyją w środowiskach o dużych zmianach temperatury, przystosowują się do wyższych temperatur różnymi metodami. U krabów zielonych proces wstępnego ocieplenia powoduje wzrost zużycia tlenu i częstości akcji serca, któremu towarzyszy spadek objętości wyrzutowej i ciśnienia parcjalnego tlenu w hemolimfie . Gdy to ocieplenie trwa, poziomy rozpuszczonego tlenu spadają poniżej progu pełnego nasycenia tlenem hemocyjanin . To ogrzewanie następnie stopniowo uwalnia hemocyjaninami , oszczędzając energię w transporcie tlenu i powodując związane z tym wyrównanie tempa metabolizmu .

Kluczem do utrzymania homeostazy, indywidualnej termoregulacji jest zdolność do utrzymania wewnętrznej temperatury ciała u człowieka, najbardziej rozpoznawalny eurytherm. U ludzi temperatura w głębi ciała jest regulowana przez skórny przepływ krwi , który utrzymuje tę temperaturę pomimo zmian w środowisku zewnętrznym. Zdolność Homo Sapiens do przetrwania w różnych temperaturach otoczenia jest kluczowym czynnikiem sukcesu gatunku i jednym z cytowanych powodów, dla których Homo sapiens ostatecznie pokonał neandertalczyków ( Homo neanderthalensis ). Ludzie mają dwie główne formy termogenezy . Pierwszym z nich są dreszcze , podczas których istota stałocieplna wywołuje mimowolne skurcze mięśni szkieletowych w celu wytworzenia ciepła. Ponadto dreszcze są również sygnałem dla organizmu do produkcji iryzyny , hormonu, który, jak wykazano, przekształca biały tłuszcz w brązowy tłuszcz , który jest wykorzystywany w termogenezie bez dreszczy, drugim typie termogenezy człowieka. Termogeneza niepowodująca dreszczy zachodzi w brunatnym tłuszczu, który zawiera rozprzęgające białko termogeninę . Białko to zmniejsza gradient protonów generowany w fosforylacji oksydacyjnej podczas syntezy ATP , rozprzęgając transport elektronów w mitochondrium od produkcji energii chemicznej (ATP). To utworzenie gradientu w poprzek błony mitochondrialnej powoduje utratę energii w postaci ciepła. Z drugiej strony, ludzie mają tylko jedną metodę chłodzenia, mówiąc biologicznie: parowanie potu . Skórne potowe ekrynowe wytwarzają pot, który składa się głównie z wody z niewielką ilością jonów. Odparowanie tego potu pomaga schłodzić krew pod skórą, powodując obniżenie temperatury ciała.

Niesporczak jest w stanie wejść w fazę anhydrobiotyczną, często nazywaną kaczką, w celu zwiększenia zakresu temperatur, które może wytrzymać.

Podczas gdy niektóre organizmy są eurytermiczne ze względu na ich zdolność do regulowania wewnętrznej temperatury ciała, jak ludzie, inne mają bardzo różne metody tolerancji na ekstremalne temperatury. Niesporczaki są w stanie wejść w stan anhydrobiotyczny, często nazywany kaczką, aby zarówno zapobiegać wysychaniu , jak i znosić ekstremalne temperatury. W tym stanie niesporczaki zmniejszają ilość wody ustrojowej do około 1–3% wag./wag. Chociaż ten stan pozwala niektórym niesporczakom wytrzymać temperatury w skrajnych temperaturach –273° i 150°C w ekstremalnych warunkach, niesporczaki w stanie uwodnionym są w stanie wytrzymać temperatury tak niskie, jak –196°C. Ta wykazana ekstremalna tolerancja doprowadziła naukowców do spekulacji, że niesporczaki mogłyby teoretycznie przetrwać na Marsie , gdzie temperatury regularnie wahają się między –123° a 25°C, a być może nawet w pobliżu zera absolutnego przestrzeni międzyplanetarnej . Zdolność niesporczaków do wytrzymywania ekstremalnie niskich temperatur jako kadzi jest formą kryptobiozy zwanej kriobiozą. Chociaż odporność niesporczaków na wysokie temperatury była znacznie mniej badana, ich kriobiotyczna reakcja na niskie temperatury została dobrze udokumentowana. Niesporczaki są w stanie wytrzymać tak niskie temperatury nie dzięki unikaniu zamarzania za pomocą białek zapobiegających zamarzaniu, jak zrobiłby to organizm unikający zamarzania, ale raczej dzięki tolerowaniu tworzenia się lodu w zewnątrzkomórkowej wodzie ciała, aktywowanej przez białka zarodkujące lód.

Oprócz innych organizmów rośliny ( Plantae ) mogą być stenotermiczne lub eurytermiczne. Rośliny zamieszkujące borealne i polarne na ogół są zimne-eurytermiczne, wytrzymują temperatury tak niskie, jak -85 ° C i tak ciepłe, jak co najmniej 20 ° C, takie jak borealne liściaste drzewa iglaste. Stoi to w bezpośredniej sprzeczności z roślinami, które zazwyczaj zamieszkują regiony bardziej tropikalne lub górskie , gdzie rośliny mogą mieć całkowicie tolerowany zakres temperatur od zaledwie około 10 ° do 25 ° C, takich jak figowiec .

Karp pospolity ( Cyprinus carpio ) wykazuje wyższe tempo syntezy białek w wysokich temperaturach.

Eurytermalna adaptacja białek

Tolerancja na ekstremalne temperatury ciała w danym organizmie eurytermicznym jest w dużej mierze spowodowana zwiększoną tolerancją temperatury przez homologiczne białka odpowiedniego organizmu. W szczególności białka gatunków przystosowanych do ciepła mogą być z natury bardziej eurytermalne niż gatunki przystosowane do zimna, przy czym białka gatunków przystosowanych do ciepła wytrzymują wyższe temperatury przed rozpoczęciem denaturacji, unikając w ten sposób możliwej śmierci komórki . Gatunki Eurythermal wykazały również adaptacje szybkości syntezy białek w porównaniu z podobnymi gatunkami innymi niż eurythermal. Pstrąg tęczowy ( Salmo gairdneri $przez$ wykazał stałe tempo syntezy białek w temperaturach w zakresie od 5 ° do 20 ° C, po aklimatyzacji do dowolnej temperatury 1 miesiąc. Z kolei karp ( Cyprinus carpio ) wykazywał znacznie wyższe tempo syntezy białek po aklimatyzacji do wody o wyższej temperaturze (25°C) niż po aklimatyzacji do wody o niższej temperaturze (10°C). Ten rodzaj eksperymentu jest powszechny wśród ryb. Podobny przykład podaje sól senegalska ( Solea senegalensis ), która po aklimatyzacji do temperatury 26°C wytworzyła znacznie większą ilość tauryny , glutaminianu , GABA i glicyny w porównaniu z aklimatyzacją do 12°C. Może to oznaczać, że wyżej wymienione związki wspomagają obronę przeciwutleniającą, procesy osmoregulacyjne lub cele energetyczne w tych temperaturach.

Linki zewnętrzne

• Słownikowa definicja eurythermu w Wikisłowniku