Терморегуляция и выделительная система животных

Животные обитают во всех уголках Земли. Но жизнь в солёном Антарктическом океане резко отличается от жизни во влажных тропических лесах или в палящей пустыне. От среды обитания зависит то, как животное будет регулировать температуру тела, расходовать воду и удалять токсичные отходы из организма.В жарких и сухих условиях животные экономят воду и сохраняют тело прохладным. С другими проблемами сталкиваются животные, обитающие в холодной солёной воде. Они должны постоянно откачивать лишние соли из организма и поддерживать тепло, чтобы пережить холод. Перегрев или переохлаждение, накопление в теле лишних солей или токсичных отходов – всё это приводит к нарушению жизненных процессов.

Терморегуляция – это процесс регуляции температуры тела. Если животное не сможет поддерживать нормальную температуру тела, то оно быстро погибнет. По способу регуляции температуры все животные делятся на две большие группы: •Гомойоте́рмные (теплокровные) – температура их тела не зависит от окружающей среды и находится на постоянном уровне. Это птицы и млекопитающие. Так, песец сохраняет температуру тела +39 °C даже при морозе -60 °C. •Пойкилоте́рмные (холоднокровные) – температура тела этих животных зависит от температуры окружающей среды. К ним относят всех беспозвоночных, рыб, амфибий и рептилий.

Регуляция температуры тела

Теплокровные животные поддерживают постоянную температуру тела за счет ускоренного обмена веществ. Скорость обмена веществ у теплокровных животных в 20 раз выше, чем у холоднокровных. Благодаря этому даже в холодную погоду теплокровные птицы и млекопитающие остаются активными и подвижными. Но на поддержание внутреннего тепла требуется больше энергии, а значит больше кислорода и пищи. Например, некоторые мелкие млекопитающие погибают, если не подкрепятся в течение 10 часов. Холоднокровным животным требуется меньше энергии для жизни, однако при низких температурах они становятся вялыми и уязвимыми для хищников. А в знойную жару холоднокровная ящерица быстро сварится заживо, если не найдет укрытие.

Термины «теплокровный» и «холоднокровный» не совсем верны и используются для простоты. У холоднокровных животных кровь не холодная. Более того, температура тела холоднокровной ящерицы в пустыне будет выше по сравнению с теплокровным пустынным млекопитающим.Все млекопитающие теплокровные, но среди них есть один необычный холоднокровный представитель – голый землекоп. А большинство рыб – холоднокровные. Краснопёрый опах – редкий пример теплокровной рыбы.Встречаются животные и с «промежуточной» терморегуляцией. Например, летучая мышь поддерживает высокую температуру тела в полёте, но значительно остужается во время ночлега.

Животное теряет или получает тепло четырьмя способами:1.Тепло всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Это явление теплопроводности. Собака, температура которой составляет 37 °C отдаёт часть тепла в воду, температура которой 15 °C.2.Солнечное тепловое излучение нагревает тело собаки.3.Конвекция – это передача тепла при движении воздуха или жидкости. На рисунке ветер поднимает тепло от тела собаки.4.При испарении жидкость забирает часть тепла. Вы ощущали этот эффект, когда мерзли после принятия душа.  

Способы терморегуляции:

1. Все клетки животных находятся в непрерывной работе, во время которой выделяется тепло. Это тепло согревает животное. Много тепла выделяется при работе мышечных клеток. Вот почему вы греетесь когда занимаетесь спортом. Дрожь от холода – ещё один пример создания «внутреннего» тепла. Непроизвольная работа мышц – дрожание – согревает внутренние органы.2. Шерсть млекопитающих и перья птиц также участвуют в терморегуляции. Вздыбливание шерсти или перьев на холоде создаёт воздушную «подушку» между телом и окружающей средой.

3. Кровь также принимает участие в поддержании тепла.Почему на холоде мерзнут ладони и ступни? Дело в том, что организм стремится сохранить в первую очередь жизненно важные органы, направляя к ним теплую кровь. В холодную погоду сосуды кожи сужаются и кровь больше циркулирует в органах. Особенно этот механизм развит у водных птиц и млекопитающих. Утки, моржи и тюлени значительно уменьшают приток крови к коже, когда ныряют в холодную воду.В жару, напротив, сосуды кожи расширяются чтобы отводить лишнее тепло в окружающую среду.

4. Важно не только согреваться, но и остужаться. Выделение водянистого пота на поверхность кожи и его испарение позволяет охладить тело. В жаркую погоду собаки высовывают язык и тяжело дышат – в это время с поверхности языка испаряется влага, забирающая с собой тепло.5. Животные контролируют температуру тела, изменяя своё поведение. Многие животные в жару купаются, или подобно слонам, обрызгивают себя. Некоторые птицы и бабочки мигрируют в тёплые края. Люди, например, научились шить и одевать тёплую одежду. В морозную погоду животные прижимаются друг к другу, чтобы сохранить тепло.

Некоторые млекопитающие зимой для экономии энергии впадают в спячку. Во время спячки медведи, ежи, насекомоядные млекопитающие «понижают» активность организма: сердце бьётся реже, температура тела понижается, дыхание замедляется. К спячке животное подготавливается заранее – нагуливает жирок и находит подходящую берлогу.У холоднокровных при похолодании происходит оцепенение. Температура тела опускается ниже нуля, но кровь при этом полностью не замерзает. Так, некоторые хвостатые земноводные могут пробыть во льду до 100 лет, а затем разморозиться и благополучно вернуться к жизни.

Водно-солевой баланс. Удаление отходов

Помимо регуляции температуры, животное должно также поддерживать водно-солевой баланс. Чрезмерное накопление воды или солей в организме приведет к смерти. Регуляция водно-солевого баланса зависит от того, в какой среде обитает животное:

В пресной воде солей мало. Поэтому пресноводным рыбам приходится через жабры закачивать соль в организм.

Морские рыбы страдают от избытка солей в воде. Поэтому они много пьют и тратят много энергии на выведение солей из организма.

Наземные животные сталкиваются с двумя проблемами. Во-первых, вода из тела постоянно испаряется. Чтобы не «иссохнуть», наземные животные развили защитные покровы (кожа у позвоночных, кутикула у членистоногих). Эти покровы задерживают жидкость внутри тела и не дают ей слишком быстро испаряться.Вторая проблема – воду не всегда так просто найти. Особенно с этой проблемой сталкиваются жители пустынь. Например, кенгуровые прыгуны не пьют воду. Всю жидкость они получают за счёт обменных процессов внутри организма, во время которых и выделяется вода. Для сохранения влаги, с мочой кенгуровая крыса выводит лишь 20% воды. Остальная часть воды испаряется во время дыхания и с поверхности кожи. 

Выделительные системы животных различаются, но в их основе лежит разветвлённая сеть канальцев. Эти канальцы обеспечивают большую площадь поверхности для всасывания воды и растворенных веществ, включая азотосодержащие отходы.Примитивные животные выводят токсины при помощи протонефридиев (от греч. protos- первый и nephros- почка). Эти «почки» разбросаны по всему телу и соединены друг с другом сетью канальцев.У более сложных кольчатых червей и моллюсков развиваются особые органы – метанефридии. Метанефридии – это специальные воронки, которые прокачивают через себя жидкость. Из жидкости всасываются полезные вещества, а токсины выводятся с мочой.

Удаление азотосодержащих веществ происходит через выделительную систему

Пауки и насекомые выводят отходы при помощи мальпигиевых сосудов

За выведение отходов и регуляцию водного баланса у позвоночных отвечают почки. Почки состоят из многочисленных канальцев, суммарная протяженность которых может составлять 80 км! Канальцы густо оплетены кровеносными сосудами. Так, у человека через кровеносные сосуды в почках ежедневно проходит 1500 литров крови. Почечные канальцы фильтруют кровь, вбирая в себя мочевину.Через почечные канальцы также происходит обратное всасывание в кровь полезных веществ и воды. Так, в почечные канальцы человека за сутки попадает до 150 литров воды. Однако в конечную мочу попадает только 2 литра воды.

Случалось, что после кораблекрушения выжившие в шлюпке моряки погибали от обезвоживания. Почему человек не может пить морскую воду? Дело в том, что для выведения морских солей из организма потребуется большой объём воды. Другими словами, организм потеряет больше воды, чем получит.Как же тогда птицам – альбатросам удаётся пить морскую воду? У морских птиц имеются специальные солевые железы, которые фильтруют кровь от лишней соли. Подобные железы имеются у акул, скатов, морских игуан и черепах.

В составе мочи имеются различные пахучие вещества и гормоны. Поэтому некоторые животные используют мочу для разметки домашней территории. Так животное предупреждает "злоумышленников", что данная местность уже занята. По запаху мочи можно также определить пол и возраст владельца.Мечение территории помогает животным расселиться равномерно, что снижает количество агрессивных столкновений. Кроме того, в брачный период по запаху животные разных полов легко находят друг друга.

Мечение территории

При потере всего 1% жидкости (например, если в течение десяти часов не пить воду) у человека начинаются болезненные ощущения. Иссушение на 20% уже грозит смертью. Но некоторые животные умудряются выживать в условиях крайнего обезвоживания. Тихоходки способны терять до 99% жидкости, превращаясь практически в пыль. Десять и более лет они могут находиться в таком состоянии. Но стоит только добавить пару капель воды, и они оживают как ни в чём не бывало.Выживать тихоходкам помогает специальный белок, который защищает клетки во время высыхания. Ученые надеются выделить этот белок из тихоходок и внедрить его в сельскохозяйственные растения.

Обезвоживание