हमारे ग्रह पर जीवन की विविधता अपने पैमाने पर प्रहार कर रही है। कनाडा के वैज्ञानिकों द्वारा हाल के अध्ययनों से हमारे ग्रह में रहने वाले जानवरों, पौधों, कवक और सूक्ष्मजीवों की 8.7 मिलियन प्रजातियों का आंकड़ा मिलता है। इसके अलावा, उनमें से केवल 20% का वर्णन किया गया है, और यह 1.5 मिलियन प्रजातियां हैं जो हमें ज्ञात हैं। जीवित जीवों ने ग्रह पर सभी पारिस्थितिक निशानों को आबाद किया है। जीवमंडल के भीतर ऐसी कोई जगह नहीं है जहां जीवन न हो। ज्वालामुखियों के छिद्रों में और एवरेस्ट की चोटी पर - हर जगह हम इसकी विभिन्न अभिव्यक्तियों में जीवन पाते हैं। और, निस्संदेह, प्रकृति गर्म-खून (होमथर्मिक जीवों) की घटना के विकास की प्रक्रिया में उपस्थिति के लिए ऐसी विविधता और वितरण का श्रेय देती है।
जीवन की सीमा है तापमान
जीवन का आधार शरीर का चयापचय है, जो रासायनिक प्रक्रियाओं की गति और प्रकृति पर निर्भर करता है। लेकिनये रासायनिक प्रतिक्रियाएं केवल एक निश्चित तापमान सीमा में ही संभव हैं, उनके अपने संकेतक और एक्सपोजर की अवधि के साथ। बड़ी संख्या में जीवों के लिए, पर्यावरण के तापमान शासन के सीमा संकेतक 0 से +50 डिग्री सेल्सियस तक माने जाते हैं।
लेकिन यह एक सट्टा निष्कर्ष है। यह कहना अधिक सटीक होगा कि जीवन की तापमान सीमाएं वे होंगी जिन पर प्रोटीन का कोई विकृतीकरण नहीं होता है, साथ ही कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म की कोलाइडल विशेषताओं में अपरिवर्तनीय परिवर्तन, महत्वपूर्ण एंजाइमों की गतिविधि का उल्लंघन होता है। और कई जीवों ने अत्यधिक विशिष्ट एंजाइमेटिक सिस्टम विकसित किए हैं जिन्होंने उन्हें इन सीमाओं से बहुत दूर स्थितियों में रहने की अनुमति दी है।
पर्यावरण वर्गीकरण
इष्टतम जीवन तापमान की सीमाएं ग्रह पर जीवन रूपों के विभाजन को दो समूहों में निर्धारित करती हैं - क्रायोफाइल और थर्मोफाइल। पहला समूह जीवन के लिए ठंड पसंद करता है और ऐसी परिस्थितियों में जीवन के लिए विशिष्ट है। ग्रह के 80% से अधिक जीवमंडल ठंडे क्षेत्र हैं जिनका औसत तापमान +5 डिग्री सेल्सियस है। ये महासागरों की गहराई, आर्कटिक और अंटार्कटिक के रेगिस्तान, टुंड्रा और हाइलैंड्स हैं। बढ़ी हुई ठंड प्रतिरोध जैव रासायनिक अनुकूलन द्वारा प्रदान की जाती है।
क्रायोफाइल्स की एंजाइमेटिक प्रणाली जैविक अणुओं की सक्रियता ऊर्जा को प्रभावी ढंग से कम करती है और 0 डिग्री सेल्सियस के करीब तापमान पर कोशिका में चयापचय को बनाए रखती है। उसी समय, अनुकूलन दो दिशाओं में जाते हैं - ठंड के प्रतिरोध (विपक्ष) या सहिष्णुता (प्रतिरोध) के अधिग्रहण में। थर्मोफाइल का पारिस्थितिक समूह ऐसे जीव हैं जो के लिए इष्टतम हैंजिनका जीवन उच्च तापमान वाले क्षेत्र हैं। उनकी जीवन गतिविधि जैव रासायनिक अनुकूलन की विशेषज्ञता द्वारा भी प्रदान की जाती है। उल्लेखनीय है कि शरीर के संगठन की जटिलता के साथ, थर्मोफिलिया की इसकी क्षमता कम हो जाती है।
शरीर का तापमान
एक जीवित प्रणाली में गर्मी का संतुलन उसके प्रवाह और बहिर्वाह की समग्रता है। जीवों के शरीर का तापमान परिवेश के तापमान (बहिर्जात ऊष्मा) पर निर्भर करता है। इसके अलावा, जीवन का एक अनिवार्य गुण अंतर्जात गर्मी है - आंतरिक चयापचय का एक उत्पाद (ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड का टूटना)। हमारे ग्रह पर अधिकांश प्रजातियों की महत्वपूर्ण गतिविधि बहिर्जात गर्मी पर निर्भर करती है, और उनके शरीर का तापमान परिवेश के तापमान पर निर्भर करता है। ये पोइकिलोथर्मिक जीव (पोइकिलोस - विभिन्न) हैं, जिनमें शरीर का तापमान परिवर्तनशील होता है।
Poikilotherms सभी सूक्ष्मजीव, कवक, पौधे, अकशेरूकीय और अधिकांश जीवाणियां हैं। और कशेरुकियों के केवल दो समूह - पक्षी और स्तनधारी - होमियोथर्मिक जीव हैं (होमियोस - समान)। परिवेश के तापमान की परवाह किए बिना, वे एक स्थिर शरीर का तापमान बनाए रखते हैं। उन्हें गर्म रक्त वाले जानवर भी कहा जाता है। उनका मुख्य अंतर आंतरिक गर्मी के एक शक्तिशाली प्रवाह और थर्मोरेगुलेटरी तंत्र की एक प्रणाली की उपस्थिति है। परिणामस्वरूप, होमियोथर्मिक जीवों में, सभी शारीरिक प्रक्रियाएं इष्टतम और स्थिर तापमान पर की जाती हैं।
सच और झूठ
कुछ पॉइकिलोथर्ममछली और इचिनोडर्म जैसे जीवों के शरीर का तापमान भी स्थिर होता है। वे निरंतर बाहरी तापमान (समुद्र या गुफाओं की गहराई) की स्थितियों में रहते हैं, जहां परिवेश का तापमान नहीं बदलता है। उन्हें झूठे होमियोथर्मिक जीव कहा जाता है। कई जानवर जो हाइबरनेशन या अस्थायी तड़प का अनुभव करते हैं, उनके शरीर के तापमान में उतार-चढ़ाव होता है। ये वास्तव में होमियोथर्मिक जीव (उदाहरण: मर्मोट्स, चमगादड़, हेजहोग, स्विफ्ट्स, और अन्य) हेटेरोथर्मल कहलाते हैं।
प्रिय सुगंध
जीवों में होमियोथर्मिया की उपस्थिति एक बहुत ही ऊर्जा-खपत विकासवादी अधिग्रहण है। संरचना में इस प्रगतिशील परिवर्तन की उत्पत्ति के बारे में विद्वान अभी भी बहस कर रहे हैं, जिसके कारण संगठन के स्तर में वृद्धि हुई। गर्म रक्त वाले जीवों की उत्पत्ति के लिए कई सिद्धांत प्रस्तावित किए गए हैं। कुछ शोधकर्ता मानते हैं कि डायनासोर में भी यह विशेषता हो सकती है। लेकिन वैज्ञानिकों की सभी असहमति के साथ, एक बात निश्चित है: होमियोथर्मिक जीवों की उपस्थिति एक बायोएनेरजेनिक घटना है। और जीवन रूपों की जटिलता गर्मी हस्तांतरण तंत्र के कार्यात्मक सुधार से जुड़ी है।
तापमान मुआवजा
शरीर के तापमान में परिवर्तन की एक विस्तृत श्रृंखला में चयापचय प्रक्रियाओं के निरंतर स्तर को बनाए रखने के लिए कुछ पॉइकिलोथर्मिक जीवों की क्षमता जैव रासायनिक अनुकूलन द्वारा प्रदान की जाती है और इसे तापमान मुआवजा कहा जाता है। यह कुछ एंजाइमों की क्षमता पर आधारित है कि वे घटते तापमान के साथ अपने विन्यास को बदल सकते हैं और सब्सट्रेट के साथ अपनी आत्मीयता को बढ़ा सकते हैं, जिससे प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, बिवाल्व्स मसल्स मेंबैरेंट्स सी में, ऑक्सीजन की खपत परिवेश के तापमान पर निर्भर नहीं करती है, जो 25 डिग्री सेल्सियस (+5 से +30 डिग्री सेल्सियस) के बीच होती है।
इंटरमीडिएट फॉर्म
विकासवादी जीवविज्ञानियों ने पॉइकिलोथर्मिक से गर्म रक्त वाले स्तनधारियों में संक्रमणकालीन रूपों के समान प्रतिनिधि पाए हैं। ब्रॉक विश्वविद्यालय के कनाडाई जीवविज्ञानियों ने अर्जेंटीना के काले और सफेद तेगू (अल्वाटर मेरियाने) में मौसमी गर्म-खून की खोज की है। लगभग मीटर की यह छिपकली दक्षिण अमेरिका में रहती है। अधिकांश सरीसृपों की तरह, तेगु दिन के दौरान धूप में रहता है, और रात में बिलों और गुफाओं में छिप जाता है, जहां यह ठंडा होता है। लेकिन सितंबर से अक्टूबर तक प्रजनन के मौसम के दौरान, तेगू का तापमान, श्वसन दर और सुबह दिल के संकुचन की लय में तेजी से वृद्धि होती है। छिपकली के शरीर का तापमान किसी गुफा के तापमान से दस डिग्री अधिक हो सकता है। यह शीत-रक्त वाले जानवरों से होमोयोथर्मिक जानवरों के रूपों के संक्रमण को साबित करता है।
थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र
होमियोथर्मिक जीव हमेशा मुख्य प्रणालियों के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए काम करते हैं - संचार, श्वसन, उत्सर्जन - न्यूनतम गर्मी उत्पादन उत्पन्न करके। आराम से उत्पन्न इस न्यूनतम को बेसल चयापचय कहा जाता है। गर्म रक्त वाले जानवरों में सक्रिय अवस्था में संक्रमण से गर्मी का उत्पादन बढ़ जाता है, और उन्हें प्रोटीन विकृतीकरण को रोकने के लिए गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाने के लिए तंत्र की आवश्यकता होती है।
इन प्रक्रियाओं के बीच संतुलन प्राप्त करने की प्रक्रिया रासायनिक और भौतिक थर्मोरेग्यूलेशन द्वारा प्रदान की जाती है। ये तंत्र होमियोथर्मिक जीवों को कम तापमान से सुरक्षा प्रदान करते हैं औरअति ताप। एक स्थिर शरीर के तापमान (रासायनिक और भौतिक थर्मोरेग्यूलेशन) को बनाए रखने के तंत्र के अलग-अलग स्रोत हैं और बहुत विविध हैं।
रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन
पर्यावरण के तापमान में कमी की प्रतिक्रिया में, गर्म रक्त वाले जानवर अंतर्जात गर्मी के उत्पादन को प्रतिवर्त रूप से बढ़ाते हैं। यह विशेष रूप से मांसपेशियों के ऊतकों में ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं को बढ़ाकर हासिल किया जाता है। असंगठित मांसपेशी संकुचन (कांपना) और थर्मोरेगुलेटरी टोन गर्मी उत्पादन बढ़ाने के पहले चरण हैं। इसी समय, लिपिड चयापचय बढ़ता है, और वसा ऊतक बेहतर थर्मोरेग्यूलेशन की कुंजी बन जाता है। ठंडी जलवायु में स्तनधारियों में भी भूरी वसा होती है, जिसके ऑक्सीकरण से होने वाली सारी गर्मी शरीर को गर्म करने में चली जाती है। इस ऊर्जा व्यय के लिए पशु को या तो बड़ी मात्रा में भोजन का उपभोग करने या पर्याप्त वसा भंडार रखने की आवश्यकता होती है। इन संसाधनों की कमी के साथ, रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की अपनी सीमाएं हैं।
भौतिक थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र
इस प्रकार के थर्मोरेग्यूलेशन में गर्मी पैदा करने के लिए अतिरिक्त लागत की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन अंतर्जात गर्मी को संरक्षित करके किया जाता है। यह वाष्पीकरण (पसीना), विकिरण (विकिरण), गर्मी चालन (चालन) और त्वचा के संवहन द्वारा किया जाता है। भौतिक थर्मोरेग्यूलेशन के तरीके विकास के क्रम में विकसित हुए हैं और कीटभक्षी और चमगादड़ से स्तनधारियों तक फ़ाइलोजेनेटिक श्रृंखला का अध्ययन करते समय अधिक से अधिक परिपूर्ण होते जा रहे हैं।
ऐसे नियमन का एक उदाहरण त्वचा की रक्त केशिकाओं का संकुचन या विस्तार है, जो बदल जाता हैथर्मल चालकता, फर और पंखों के गर्मी-इन्सुलेट गुण, सतही जहाजों और आंतरिक अंगों के जहाजों के बीच रक्त का प्रतिवर्ती गर्मी विनिमय। गर्मी अपव्यय को फर के बालों और पंखों के ढलान द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसके बीच एक हवा का अंतर बना रहता है।
समुद्री स्तनधारियों में, चमड़े के नीचे की वसा पूरे शरीर में वितरित की जाती है, जो एंडो-हीट की रक्षा करती है। उदाहरण के लिए, मुहरों में, ऐसा मोटा बैग कुल वजन का 50% तक पहुंचता है। इसीलिए घंटों बर्फ पर पड़ी सीलों के नीचे बर्फ नहीं पिघलती। गर्म जलवायु में रहने वाले जानवरों के लिए, शरीर की पूरी सतह पर शरीर में वसा का समान वितरण घातक होगा। इसलिए, उनकी चर्बी केवल शरीर के कुछ हिस्सों (ऊंट का कूबड़, भेड़ की मोटी पूंछ) में जमा होती है, जो शरीर की पूरी सतह से वाष्पीकरण को नहीं रोकती है। इसके अलावा, उत्तरी ठंडी जलवायु के जानवरों में एक विशेष वसा ऊतक (भूरा वसा) होता है, जो पूरी तरह से शरीर को गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है।
अधिक दक्षिण - बड़े कान और लंबे पैर
शरीर के विभिन्न अंग गर्मी हस्तांतरण के मामले में समकक्ष से बहुत दूर हैं। गर्मी हस्तांतरण को बनाए रखने के लिए, शरीर की सतह और इसकी मात्रा का अनुपात महत्वपूर्ण है, क्योंकि आंतरिक गर्मी की मात्रा शरीर के द्रव्यमान पर निर्भर करती है, और गर्मी हस्तांतरण पूर्णांक के माध्यम से होता है। शरीर के उभरे हुए हिस्सों में एक बड़ी सतह होती है, जो गर्म जलवायु के लिए अच्छी होती है, जहां गर्म रक्त वाले जानवरों को बहुत अधिक गर्मी हस्तांतरण की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कई रक्त वाहिकाओं के साथ बड़े कान, लंबे अंग और एक गर्म जलवायु के निवासियों के लिए एक पूंछ विशिष्ट है (हाथी, फेनेक लोमड़ी, अफ्रीकीलंबे कान वाले जेरोबा)। ठंड की स्थिति में, अनुकूलन क्षेत्र को मात्रा (सील के कान और पूंछ) में बचाने के मार्ग का अनुसरण करता है।
गर्म रक्त वाले जानवरों के लिए एक और कानून है - एक फ़ाइलोजेनेटिक समूह के उत्तर के प्रतिनिधि जितने अधिक जीवित रहते हैं, वे उतने ही बड़े होते हैं। और यह वाष्पीकरण सतह की मात्रा के अनुपात से भी जुड़ा है, और, तदनुसार, गर्मी की कमी, और जानवर का द्रव्यमान।
इथोलॉजी और हीट ट्रांसफर
पोइकिलोथर्मिक और होमथर्मिक जानवरों दोनों के लिए, व्यवहार संबंधी विशेषताएं गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। इसमें आसन में परिवर्तन, और आश्रयों का निर्माण, और विभिन्न प्रवास शामिल हैं। छेद की गहराई जितनी अधिक होगी, तापमान उतना ही चिकना होगा। मध्य अक्षांशों के लिए, 1.5 मीटर की गहराई पर, मौसमी तापमान में उतार-चढ़ाव अगोचर हैं।
समूह व्यवहार का उपयोग थर्मोरेग्यूलेशन के लिए भी किया जाता है। तो, पेंगुइन एक दूसरे से कसकर चिपके हुए हैं। ढेर के अंदर, तापमान सबसे गंभीर ठंढों में भी पेंगुइन (+37 डिग्री सेल्सियस) के शरीर के तापमान के करीब है। ऊंट ऐसा ही करते हैं - समूह के केंद्र में तापमान लगभग +39 डिग्री सेल्सियस होता है, और सबसे बाहरी जानवरों के फर को +70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जा सकता है।
हाइबरनेशन एक विशेष रणनीति है
टर्पिड स्टेट (मूर्ख) या हाइबरनेशन गर्म रक्त वाले जानवरों की विशेष रणनीतियां हैं जो अनुकूली उद्देश्यों के लिए शरीर के तापमान में परिवर्तन का उपयोग करने की अनुमति देती हैं। इस अवस्था में, जानवर शरीर के तापमान को बनाए रखना बंद कर देते हैं और इसे लगभग शून्य कर देते हैं। हाइबरनेशन चयापचय दर में कमी की विशेषता है औरसंचित संसाधनों की खपत। यह एक अच्छी तरह से विनियमित शारीरिक अवस्था है, जब थर्मोरेगुलेटरी तंत्र निचले स्तर पर स्विच करते हैं - हृदय गति कम हो जाती है (उदाहरण के लिए, एक डॉर्महाउस में 450 से 35 बीट प्रति मिनट), ऑक्सीजन की खपत 20-100 गुना कम हो जाती है।
जागृति के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह आत्म-वार्मिंग द्वारा होता है, जिसे ठंडे खून वाले जानवरों की मूर्खता के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जहां यह परिवेश के तापमान में कमी के कारण होता है और शरीर द्वारा ही अनियंत्रित अवस्था होती है (जागृति बाहरी कारकों के प्रभाव में होता है)।
स्तब्धता भी एक विनियमित अवस्था है, लेकिन शरीर का तापमान केवल कुछ डिग्री गिर जाता है और अक्सर सर्कैडियन लय के साथ होता है। उदाहरण के लिए, हमिंगबर्ड रात में सुन्न हो जाते हैं जब उनके शरीर का तापमान 40 डिग्री सेल्सियस से 18 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है। टॉरपोर और हाइबरनेशन के बीच कई संक्रमण हैं। इसलिए, हालांकि हम सर्दियों के हाइबरनेशन में भालू की नींद कहते हैं, वास्तव में, उनका चयापचय थोड़ा कम हो जाता है, और उनके शरीर का तापमान केवल 3-6 डिग्री सेल्सियस गिर जाता है। इस अवस्था में भालू शावकों को जन्म देता है।
जलीय वातावरण में कुछ होमियोथर्मिक जीव क्यों होते हैं
हाइड्रोबायोंट्स (जलीय वातावरण में रहने वाले जीवों) में गर्म रक्त वाले जानवरों के कुछ प्रतिनिधि हैं। व्हेल, डॉल्फ़िन, फर सील माध्यमिक जलीय जानवर हैं जो भूमि से जलीय वातावरण में लौट आए हैं। वार्म-ब्लडनेस मुख्य रूप से चयापचय प्रक्रियाओं में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है, जिसका आधार ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं हैं। और ऑक्सीजन यहाँ एक प्रमुख भूमिका निभाता है। और, जैसा कि आप जानते हैं, मेंजलीय वातावरण में, ऑक्सीजन की मात्रा मात्रा के हिसाब से 1% से अधिक नहीं होती है। पानी में ऑक्सीजन का प्रसार हवा की तुलना में हजारों गुना कम होता है, जिससे यह और भी कम उपलब्ध होता है। इसके अलावा, तापमान में वृद्धि और कार्बनिक यौगिकों के साथ पानी के संवर्धन के साथ, ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है। यह सब जलीय वातावरण में बड़ी संख्या में गर्म रक्त वाले जीवों के अस्तित्व को ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल बनाता है।
नकारात्मक पक्ष
ठंडे खून वाले जानवरों की तुलना में गर्म रक्त वाले जानवरों का मुख्य लाभ परिवेश के तापमान की परवाह किए बिना कार्य करने की उनकी इच्छा है। यह रात के तापमान को जमने के करीब, और भूमि के उत्तरी क्षेत्रों के विकास का सामना करने का एक अवसर है।
गर्म रक्तपात का मुख्य दोष शरीर के तापमान को स्थिर बनाए रखने के लिए उच्च ऊर्जा खपत है। और इसका मुख्य स्रोत भोजन है। एक गर्म खून वाले शेर को एक ही वजन के ठंडे खून वाले मगरमच्छ की तुलना में दस गुना अधिक भोजन की आवश्यकता होती है।
