Ящірки тегу в період розмноження стають теплокровними • Юлія Кондратенко • Новини науки на "Елементи" • Екологія, Еволюція

Ящірки тегу в період розмноження стають теплокровними

Мал. 1. Аргентинський чорно-білий тегу (Salvator merianae). Фото з сайту en.wikipedia.org

Як показали спостереження за обміном речовин у ящірок тегу, теплокровность може бути сезонної. У період розмноження температура тіла цих рептилій підтримується вище температури навколишнього середовища на цілих десять градусів, що для холоднокровних тварин раніше вважалося неможливим. Це відкриття дозволяє припустити, що теплокровность могла виникнути у предків птахів і ссавців як пристосування до високих енерговитрат в період розмноження.

Холоднокровні (або пойкілотермні) тварини не здатні підтримувати температуру тіла істотно вища за температуру навколишнього середовища. Вони зазвичай залишаються лише на один-два градуси тепліше повітря або води, в яких вони мешкають. Тому, на відміну від теплокровних (гомойотермних), холоднокровним тваринам не потрібно витрачати багато енергії на активний обмін речовин, а також "винаходити" теплоізоляцію, яка завадила б їм швидко втрачати вироблене тепло. Але у холоднокровних способу життя є недоліки, адже тварина дуже залежить від умов середовища, і через занадто низьку температуру воно може сильно сповільнитися або навіть впасти в анабіоз.

Є ситуації, коли таке вимушене гальмування особливо не до місця. Наприклад, полювання, коли необхідно або гнатися за жертвою (або, навпаки, рятуватися від хижака), або розмноження, завжди вимагає від організму великих витрат. Саме з цими видами активності пов'язані приклади локальної теплокровности у деяких холоднокровних тварин – коли високою підтримується температура тільки певних частин тіла. Наприклад, у деяких риб підігріваються м'язи, які обслуговують руху хвоста (за рахунок яких риби пливуть), а м'язи пітонів, висиджує яйця, нагріваються так сильно, що температура їх тіла наближається до температури теплокровних тварин такого ж розміру.

Висиджування яєць – не єдиний етап процесу розмноження, що вимагає багато енергії. Тваринам потрібно займатися пошуком пари і готуватися до бійок за територію, будувати укриття і гнізда. Самки, зрозуміло, вкладають багато ресурсів в розвиток яєць, але і самцям, принаймні деяких видів, виробництво статевих клітин обходиться недешево (див., Наприклад, статтю M. Olsson et al., 1997. Is sperm really so cheap? Costs of reproduction in male adders, Vipera berus). Наприклад, різним видам ящірок в репродуктивний період доводиться витрачати на 23-57% більше енергії, ніж в інший час (див .: T. H. Kunz, K. S. Orrell, 2004. Energy costs of reproduction).

Таким чином, якщо холоднокровне тварина не вміє активно підвищувати температуру тіла, щоб посилити обмін речовин і отримати більше енергії, весь процес розмноження може опинитися під загрозою через несподіване похолодання чи інших змін умов середовища. Це, за однією з гіпотез, і могло привести в процесі еволюції до виникнення сезонної теплокровности як засобу гарантувати успіх під час періоду розмноження. А вже після цього виявилося, що постійно високий рівень обміну речовин теж може бути вигідним, що призвело до появи теплокровних тварин.

Днями в журналі Science Advances вийшла стаття з описом цікавого прикладу, який говорить на користь цієї гіпотези: американські ящірки тегу Salvator merianae (Плазуни з сімейства тейид) підтримують температуру тіла стабільно високою в період розмноження.

Щоб спостерігати за обміном речовин ящірок тегу, вчені імплантували тваринам датчики, що записують їх температуру тіла і ритми серцевих скорочень. За цими показниками стежили у ящірок, що живуть в обгороджених вольєрах на природі, а також в лабораторних умовах з повністю контрольованими параметрами.Спостерігаючи за річними змінами температури тіла ящірок, що живуть в природних умовах, вчені бачили, що протягом усього року вона майже не відрізняється від температури навколишнього середовища. Але під час періоду розмноження, що припадає на вересень-листопад, температура тіла ящірок була стабільно високою, приблизно на 10 ° C вище температури навколишнього середовища (рис. 2). Температура зберігалася високою навіть пізно вночі, коли ящірки забираються в нори, і все тепло, яке вони накопичили за день, гріючись на сонці, має розсіюватися.

Мал. 2. Температура тіла ящірок тегу протягом декількох місяців року (показані середні значення за місяць). Вимірювалася температура тіла чотирьох ящірок в природних умовах. Температура тіла тегу показана чорними мітками (Вони зливаються в суцільну лінію), температура в норах – зеленими, А температура на сонці – помаранчевими. справа – середня різниця між температурою тегу і температурою повітря в норі в найхолоднішу пору доби (з 4 до 6 годин). Тегу впадають в сплячку з квітня по вересень (коли в Південній півкулі весна), тому вимірювання в квітні і червні показують зовсім невелика відмінність температури їх тіла від температури повітря в норі.У січні тегу активні, але видно, що по ночах вони остигають. А ось в жовтні (тобто в середині періоду розмноження) тегу помітно тепліше повітря протягом всього часу доби. Зображення з обговорюваної статті в Science Advances

Потрібно було зрозуміти, звідки у ящірок тегу в період розмноження береться додаткове тепло. Спочатку вчені припустили, що джерело тепла, як зазвичай, зовнішній (див. Ектотермія, Ectotherm) – тобто тварини гріються на сонці, але через якихось перебудов в організмі, які відбуваються в період розмноження, вони отримують здатність зберігати накопичене тепло істотно довше, ніж зазвичай.

Щоб перевірити, чи потрібні ящірок для підвищення температури зовнішні джерела тепла, вчені провели контрольні експерименти в лабораторних умовах. Ящірок містили при постійній температурі 18 ° C, так що у них не було спеціального теплої пори доби, коли вони могли б погрітися і потім зберігати це тепло. Освітлення в однієї групи ящірок імітувало зміну дня і ночі (було 12 годин світло, 12 – темно), в іншої – постійно відсутнє (було 24 години темно). Якщо температура середовища і освітлення залишалися незмінними (було завжди темно), температура тіла ящірок зберігалася стабільно підвищеної.А якщо при постійній температурі запускали цикли освітленості, що імітують зміну дня і ночі, то в температурі тіла ящірок простежувалася періодичність: вона падала з настанням штучного ранку – коли ставало світліше, але не тепліше (бо температура в експерименті підтримувалася постійною). Ймовірно, це пов'язано з тим, що периферичні судини ящірок розширювалися, готуючись поглинати тепло, коли тварина буде грітися на сонці. Але, оскільки тепліше не стає, ящірка вранці, навпаки, починала втрачати більше тепла через розширення судин. Але при цьому вона все одно залишалася істотно тепліше навколишнього середовища.

Виходить, що підвищена температура тіла тегу в період розмноження не пов'язана зі збереженням тепла, отриманого з зовнішнього джерела. Ключ до розгадки могло дати ще одне спостереження вчених. Вони помітили, що, хоча більшу частину року частота серцевих скорочень ящірок залежить від температури, в період розмноження ця частота підвищувалася дуже рано вранці, ще до того як тварина вийде з нори і почне грітися. Оскільки частота серцевих скорочень тісно пов'язана зі швидкістю метаболізму, виходило,що під час розмноження метаболізм тварин посилюється і без зовнішніх джерел енергії. Цікаво, що і теплопровідність ящірок в період розмноження теж дещо знижувалася. Про це свідчили відмінності в показаннях датчиків, вимірювали температуру всередині тіла ящірки і температуру їх шкіри: різниця їх свідчень була набагато істотніше, ніж в інші пори року. Значить, в період розмноження тепло тіла не так вільно передавалося шкірі, що говорить про появу термозащітних підшкірних шарів або інших механізмів, що виконують ту ж функцію. Які саме фізіологічні зміни допомагають ящірок тегу тимчасово стати теплокровними, ще належить з'ясувати. Ймовірно, і зміни в обміні речовин, що призводять до підвищеної температури тіла, і зміни в теплопровідності тіла ящірки в період розмноження запускаються гормонами.

Знаючи частоту серцевих скорочень, вчені вирахували інтенсивність метаболізму ящірок тегу. Виявилося, що тегу використовують виділилася в результаті посилення метаболізму енергію на подив ефективно, і це не дивлячись на їх невеликі розміри.Аргентинські чорно-білі тегом – відносно невеликі тварини з масою близько 2 кг. У маленьких тварин на одиницю об'єму тіла припадає бпроБільша площа поверхні, ніж у великих. Через це невеликим тваринам складніше зберігати високу температуру тіла навіть при високому метаболізмі, оскільки з поверхні тіла вони втрачають велику частку тепла. У інших рептилій тих же розмірів збільшення швидкості метаболізму в 4-10 разів підвищує температуру тіла всього на 0,5-1,5 ° C. У тегу в період розмноження швидкість метаболізму в порівнянні зі звичайними значеннями зростає приблизно в 5 разів, а температура тіла підвищується на 10 ° C.

Мал. 3. Ящірки тегу у своїй норі в період розмноження. Термальний знімок зроблений рано вранці. Хоча ящірки вже довгий час не грілися на сонці, вони все одно залишаються набагато тепліше навколишнього середовища. Зображення з обговорюваної статті в Science Advances

Раніше вважалося, що холоднокровні тварини можуть підтримувати температуру тіла значно (на 10 ° C і більше) вище температури навколишнього середовища тільки якщо досягають досить великих розмірів (маса тіла при цьому повинна скласти не менше 100 кг).Така теплокровность називається інерційною (або інерційної). На думку деяких дослідників, подібний тип пасивної теплокровности був характерний для динозаврів (див .: H. Pontzer et al., 2009. Biomechanics of Running Indicates Endothermy in Bipedal Dinosaurs). Але відкриття сезонної теплокровности, або Ендотерм (див. Endotherm) у невеликих ящірок говорить про те, що велике тіло – не єдина можливість для рептилій підтримувати підвищену температуру.

Нові дані особливо цікаві тому, що предки ссавців, за сучасними даними, були невеликими тваринами. Цікаво, що для примітивних ссавців – ехидн і тенреков – теж характерно підвищення температури тіла під час репродуктивного періоду. Ці тварини, як і ящірки тегу, проводять багато часу в норах. Все це дозволяє припустити, що сезонна теплокровность могла виникнути у древніх холоднокровних тварин невеликого розміру для гарантії активності під час періоду розмноження. Життя в норах могла сприяти такому переходу, тому що під землею тварина захищене від вітру і втрачає менше тепла.

джерело: Glenn J. Tattersall, Cleo A. C. Leite, Colin E. Sanders, Viviana Cadena, Denis V. Andrade, Augusto S. Abe, William K. Milsom. Seasonal reproductive endothermy in tegu lizards // Science Advances. 2016. DOI: 10.1126 / sciadv.1500951.

Юлія Кондратенко


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: