На основе физиологических процессов многие организмы могут в определенных пределах менять температуру своего тела. Эта способность называется терморегуляцией.
Обычно терморегуляция сводится к тому, что температура тела поддерживается на более постоянном уровне, чем температура окружающей среды. Более разнообразны по способностям к терморегуляции животные.
Все животные делятся по этому признаку на пойкилотермных — с переменной температурой и гомойотермных — теплокровных животных.
Настоящие гомойотермные животные — большинство птиц и млекопитающих. Все остальные организмы пойкилотермные. Однако среди них некоторые способны к терморегуляции при определенных условиях. Шмели, бражники, крупные вараны, некоторые рыбы (например, тунцы) могут повышать температуру тела в периоды высокой мышечной активности.
Особенно совершенны механизмы терморегуляции у гомойотермных животных. Они способны к химической и физической терморегуляции.
Химическая терморегуляция — способность регулировать теплопродукцию за счет изменений обмена. У млекопитающих есть специальная ткань, «ответственная» за теплопродукцию, — бурый жир. В митохондриях клеток этой ткани при клеточном дыхании не синтезируется АТФ, а вся энергия рассеивается в виде тепла.
Физическая терморегуляция — способность регулировать теплоотдачу. В ней участвуют изменения морфологии, поведение и физиологические реакции. Например, зимой у птиц увеличивается масса перьев. Многие животные к зиме накапливают жир, и подкожный жировой слой обеспечивает теплоизоляцию. В выступающих или поверхностных частях тела у ряда животных (например, в ластах китов, в лапах некоторых птиц) есть замечательное приспособление — «чудесная сеть». Это сплетение сосудов, в котором вены тесно прижаты к артериям. Текущая по артериям кровь отдает тепло венам, оно возвращается к телу, а артериальная кровь поступает в конечности охлажденной. При этом конечности, по существу, пойкилотермны, зато температуру остального тела можно поддерживать с меньшими затратами энергии.
Чтобы снизить температуру, животные используют испарение жидкости с поверхности тела. У человека для этого служит потоотделение, у собак и многих птиц — учащенное дыхание; некоторые сумчатые в жару обмазывают шкуру обильной слюной.
У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Пожалуй, наибольшее значение они имеют для животных пустыни, где днем поверхность почвы может нагреваться до 60°-70°С. Днем насекомые, рептилии и млекопитающие проводят жаркое время, зарывшись в песок или спрятавшись в норы: в глубине почвы температура не так резко колеблется и не такая высокая.
Для наземных сообществ характерна широтная зональность — закономерная смена одних сообществ другими при продвижении от экватора к полюсам. Экваториальную зону занимают вечнозеленые влажные леса. По мере удаления от экватора они сменяются саваннами, пустынями, затем следуют степи умеренного пояса, листопадные леса умеренного пояса, северные хвойные леса, зона тундр и, наконец, холодные пустыни.
Соответственно для каждой зоны характерна своя приспособленность к данным температурным показателям у растений. Меняются сроки опадения листвы и созревания плодов, качество древесины. Морозоустойчивость связана с биохимическими процессами, происходящими в клетках растений. Происходит замена воды сложными органическими веществами, чтобы не полопались клетки от мороза.
У животных баланс между уровнем теплопродукции (образование энергии) и теплоотдачи контролирует центр терморегуляции, который является частью системы центров гипоталамуса. Центр терморегуляции воспринимает сигналы терморецепторов кожи и подкожных тканей и термочувствительных нейронов гипоталамуса и осуществляет коррекцию температуры тела. Раздражение периферических холодовых терморецепторов сопровождается увеличением теплопродукции, главным образом благодаря интенсивному обмену веществ, появлению холодовой дрожи и уменьшению теплоотдачи за счет сужения кожных и подкожных кровеносных сосудов. У млекопитающих в терморегуляции принимают участие железы внутренней секреции.
Рефлекторные механизмы терморегуляции. У человека существуют специальные нервные и гуморальные механизмы терморегуляции.
Химическая терморегуляция происходит благодаря непосредственным влияниям нервных импульсов на уровень образования тепла в мышцах и внутренних органах. Параллельно с этим происходит и перераспределение крови — основного переносчика тепла в организме — путем расширения или сужения сосудов кожи, увеличения или уменьшения отделения пота.
Регуляция постоянства температуры тела и обмен веществ осуществляется высшим отделом центральной нервной системы — корой головного мозга. Наблюдения на людях показали, что изменения теплоотдачи могут возникать по сигналам из внешней среды, при некоторых психических состояниях.
Регуляция постоянства температуры тела и обмен веществ осуществляется высшим отделом центральной нервной системы — корой головного мозга. Наблюдения на людях показали, что изменения теплоотдачи могут возникать по сигналам из внешней среды, при некоторых психических состояниях.