Zwierzęta stałocieplnestałocieplnośćstałocieplne są w stanie utrzymywać temperaturę ciała na względnie stałym poziomie dzięki temu, że posiadają wysoki poziom metabolizmu oraz skuteczne formy izolacji termicznej. Utrzymanie ciepłoty ciała wymaga energii pochodzącej z metabolizmu komórkowego, który jest efektywny dzięki stałej dostępności tlenu oraz substratów dla tych reakcji. Zwierzęta stałocieplne muszą zatem spożywać dużo pokarmu, aby zaspokoić bieżące potrzeby metaboliczne, a w przypadku niektórych gatunków zwierząt, aby gromadzić substancje zapasowe. Z kolei, duża dostępność tlenu jest zaspokajana przez sprawny układ oddechowy oraz układ krwionośny, który odpowiada za dystrybucję tego gazu do tkanek, oraz transport ciepła. Dlatego układy te są znaczenie lepiej rozwinięte u ptaków i ssaków, niż u innych gromad zwierząt (zmiennocieplnych).

Układy − oddechowy i krwionośny − ptaków i ssaków są świetnie rozwinięte, dzięki czemu mogą realizować swoje funkcje z większą wydajnością. Duża sprawność układu oddechowego zapewnia stały dostęp tlenu niezbędnego dla tlenowych reakcji metabolicznych. Ponadto układ oddechowy niektórych zwierząt pozwala pozbyć się nadmiaru ciepła z organizmu.

Płuca ptaków mają relatywnie niedużą objętość i powierzchnię wymiany gazowej, co jest niewątpliwą zaletą, szczególnie dla ptaków posiadających zdolność do lotu (mniejszy ciężar). Oddychanie ptaków jest jednak niezwykle wydajne, dzięki obecności worków powietrznych oraz systemu kanałów, łączących je z oskrzelami i drogami oddechowymi. Ten dość skomplikowany system umożliwia ptakom tzw. podwójne oddychanie, które pozwala im na praktycznie ciągłą wymianę gazową – zarówno w trakcie wdechu jak i wydechu. Dla odmiany, układ oddechowy ssaków zbudowany jest z płuc o większej objętości i powierzchni oddechowej, dzięki czemu efektywność oddychania jest porównywalnie wydajna. Więcej informacji na temat podwójnego oddychania znajdziesz tutaj.

R1RAsVywcIsuA1

Zdjęcie przedstawia psa o długim, jasnym futrze oraz spiczastych uszach. Z jego podłużnego, otwartego pyska wystaje różowy język.

Z układem oddechowym powiązana jest kolejna adaptacja obecna u zwierząt stałocieplnych, czyli mechanizm usuwania nadmiaru ciepła przez wzmożone oddychanie. Z tego sposobu na obniżenie temperatury ciała korzysta wiele zwierząt – zarówno ptaki, jak i ssaki. Np. pies (Canis familiaris) zwykle oddycha przez nos. Jednak w gorące dni dyszy, czyli intensywnie oddycha przez otwarty pysk, dzięki czemu oddaje nadmierne ciepło do powietrza, a − przy okazji − nadmiar ciepła usuwany jest przez parowanieparowanieparowanie wody zawartej w ślinie.

RnXkDnlcxeNWz1

Animacja przedstawia schemat przepływu krwi, kolejno z lewego przedsionka do lewej komory serca i do aorty.

Pobieranie dużej ilości tlenu nie miałoby sensu, gdyby nie szczególnie dobrze rozwinięty system dystrybucji tego gazu do tkanek. Układ krwionośny ptaków i ssaków jest w większości podobny pod względem budowy. Obie gromady zwierząt posiadają 4‑działowe serce zbudowane z dwóch przedsionków i dwóch komór. Lewa oraz prawa strona serca są od siebie oddzielone przegrodami międzyprzedsionkową i międzykomorową, dzięki czemu natlenowana krew nie miesza się w sercu z krwią odtlenowaną. Taka budowa serca sprawia, że krew natlenowana, opuszczające serce przez aortę, ma większą zawartość tego pierwiastka. Ponadto, ciepło które wytwarzane jest przez mięśnie i organy wewnętrzne, dystrybuowane jest sprawniej po organizmie przez układ krążenia. Dzięki temu, że 4‑działowe serce pompuje krew wydajniej – pod dużym ciśnieniem i w szybkim tempie, to dostarczanie ciepła do oddalonych części ciała, najbardziej narażonych na utratę ciepła, jest niezwykle skuteczne.

R1OAU9fWwtvmj1

Zdjęcie przedstawia dłoń trzymającą w palcach podłużny, cienki, półprzeźroczysty sopel lodu.

Gdy zwierzę przebywa w niskiej temperaturze otoczenia, jego kończyny oraz skóra są zwykle najbardziej narażone na nadmierną utratę ciepła. Jednym z niezwykle skutecznych mechanizmów zapobiegających utracie ciepła organizmu jest odruchowe zwężenie światła naczyń krwionośnych, obszarów ciała narażonych na wyziębienie. Stąd też, zimą, ludzie mają chłodne, a nawet sine ręce. Siny kolor związany jest ze zmniejszonym przepływem krwi w podskórnych naczyniach krwionośnych. Przepływ ten zmniejsza się do minimum, niezbędnego dla utrzymania tkanek przy życiu, a jednocześnie znacząco zmniejsza utratę ciepła. Temperatura wewnątrzustrojowa u zwierząt stałocieplnych nie jest zatem stała we wszystkich obszarach ciała, a przede wszystkim w okolicach ważnych organów, takich jak mózg, wątroba czy serce. Przeciwnie, gdy temperatura organizmu wzrasta, obserwuje się rozszerzenie skórnych i kończynowych naczyń krwionośnych, dzięki czemu z krwi do otoczenia skuteczniej usuwany jest nadmiar ciepła. U ludzi często obserwuje się ten mechanizm po długim i wzmożonym wysiłku, gdy skóra twarzy i rąk staje się bardziej czerwona ze względu na większy napływ krwi przez rozszerzone naczynia krwionośne, w celu usunięcia nadmiaru ciepła, które powstało w wyniku intensywnej pracy mięśni.

Podobnym mechanizmem kontroli temperatury części ciała narażonych na wyziębienie lub przegrzanie jest system naczyń krwionośnych, nazywany przeciwprądowym wymiennikiem ciepła. Zbudowany jest z blisko przylegających do siebie tętnic i żył, które na pewnym odcinku biegną równolegle do siebie, jednocześnie przenosząc krew w przeciwnych kierunkach. System ten działa jako wymiennik ciepła, ponieważ krew tętnicza jest cieplejsza od krwi żylnej. Między krwią obu naczyń występuje stopniowa i wydajna wymiana ciepła. Przeciwprądowe wymienniki ciepła działają na takiej samej zasadzie jak obkurczanie lub rozszerzanie ścian naczyń krwionośnych, przez co zatrzymywanie lub usuwanie ciepła jest efektywniejsze.

Skóra jest miejscem największej wymiany ciepła (pobierania lub usuwania) z otoczeniem. Z tego powodu, u zwierząt stałocieplnych, występuje wiele adaptacji skóry, jej wytworów oraz tkanek podskórnych, które zwiększają izolację termiczną oraz ułatwiają termoregulację.

Skóra ptaków pokryta jest piórami, które stanowią bardzo dobrą izolację termiczną, zarówno w niskiej, jak i wysokiej temperaturze otoczenia. Analogiem funkcjonalnym piór u ssaków są włosy lub sierść, które również są wytworami skóry, jednak mają inną budowę. Dla ssaków polarnych (np. niedźwiedzi polarnych), żyjących w skrajnie niskich temperaturach, charakterystyczne jest posiadanie gęstej sierści, która stanowi skuteczną barierę chroniącą przed utratą ciepła. Natomiast, ssaki żyjące w ciepłym klimacie, mają rzadszą sierść lub nie posiadają jej wcale (np. słonie afrykańskie).

R1VSSLPhu89Oj1

Zdjęcie przedstawia przedramię człowieka w znacznym przybliżeniu. Na powierzchni jego skóry znajdują się cienkie, jasne włoski, stojące niemal poziomo ku górze.

U ssaków, jako ochrona przed zimnem, występuje również zjawisko piloerekcjipiloerekcjapiloerekcji, czyli unoszenie włosów w celu zmniejszenia parowania ze skóry. Między włosami, a skórą powstaje przestrzeń wypełniona powietrzem, która stanowi termiczną warstwę izolacyjną. Ten sam mechanizm chroni ptaki przed utratą lub nadmiernym pochłanianiem ciepła w niekorzystnych warunkach termicznych, ze względu na obecność przestrzeni powietrznej między skórą, a zewnętrznymi piórami.

U wielu ssaków obecny jest również skuteczny mechanizm usuwania nadmiaru ciepła, czyli pocenie się, związane z obecnością w skórze gruczołów potowychgruczoły potowegruczołów potowych. Gdy temperatura ciała wzrasta, gruczoły produkują pot, który uwalniany jest na powierzchnię skóry. PotpotPot staje się cieplejszy, gdyż pochłania ciepło ze skóry. Im wyższa jest jego temperatura, tym szybciej paruje i oddaje ciepło do powietrza. Pocenie się jest skutecznym i szybkim sposobem na obniżenie temperatury ciała, choć wymaga nakładu energii i w dłuższej perspektywie prowadzi do odwodnienia organizmu.

U niektórych ssaków morskich (np. wieloryba czy delfina) nie obserwuje się sierści ani włosów. Ich skóra jest wyraźnie grubsza i posiada także grubą, podskórną warstwę tkanki tłuszczowej. Adaptacje te stanowią izolację termiczną, która zapobiega nadmiernej utracie ciepła. Natomiast ssaki morskie, posiadające sierść (np. niektóre foki), wytwarzają długie i grube włosy, które są stale, intensywnie natłuszczane przez gruczoły łojowegruczoły łojowegruczoły łojowe. Ta adaptacja minimalizuje utratę ciepła z organizmu.

Słownik