Omów zjawisko stałocieplności ptaków i ssaków oraz adaptacje, które im umożliwiały jej osiągnięcie

Karolina Armata kl. VI LO b


Stałocieplność albo homoiotermia, właściwości ssaków i ptaków polegające na tym, że potrafią one zużytkować znaczną cześć energii uzyskanej podczas przemiany materii na podniesienie temperatury ciała do 36-40 C, tj. do takiej, w której przebiegają reakcje kierowane przez enzymy, a takich jest w organizmie znaczna większość. Na uwagę zasługują przy tym liczne przystosowania zmierzające do dość precyzyjnego wyregulowania tej temperatury. Ptaki są jedynymi zwierzętami posiadającymi pióra. Pióra powstały prawdopodobnie z gadzich łusek: są one gładkie i bardzo mocne, a zarazem bardzo lekkie. Dobrze chronią ciało ptaka przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi: wyschnięciem czy utratą ciepła, a ponadto tworzą doskonałą powierzchnie lotną. Duża wydajność pracy układu oddechowego i krwionośnego zapewnia dobre zaopatrzenie w tlen i pozwala na szybkie tempo przemiany materii. Jest to nieodzowny warunek wykonania tak wielkiego wysiłku, jaki jest praca mięśni w trakcie lotu. Część ciepła uzyskiwanego z szybkiej przemiany materii jest zużywana na utrzymanie stałej temperatury ciała. Ptaki i ssaki są jedynymi zwierzętami stałocieplnymi (zwanymi też czasem ciepłokrwistymi). Zdolność utrzymywania stałej temperatury ciała pozwala na utrzymanie stałego tempa przemiany materii i na aktywność w niskiej temperaturze otoczenia. Dlatego ptaki mogą żyć w chłodnych strefach klimatycznych.

Ssaki podobnie jak ptaki, są stałocieplne; potrafią utrzymać wysoką i stałą temperaturę. Ułatwia im to: okrywa puchowa i włosowa zapobiegająca utracie ciepła, (jeśli otoczenie jest chłodniejsze) lub, odwrotnie, wzmożenie parowania potu z powierzchni skóry lub śliny z pyska i gardzieli w dni upalne, gdyż ten proces zabiera nadmiar ciepła z ciała. Stałocieplność dla zwierzęcia jest pracochłonna (konieczność zaopatrywania się w duże ilości pokarmu jako źródła energii),ale zarazem daje mu duże możliwości uniezależnienia się od zmiennych warunków klimatycznych i rozszerza zakres możliwości ich przebywania na całym obszarze kuli ziemskiej.
Do stałocieplności tych zwierząt przyczynia się także ich układ krwionośny. Krew ptaków i ssaków krąży w dwóch obiegach płucnym i ustrojowym.

Jednym z podstawowych zadań układu krążenia jest dostarczanie tlenu wszystkim komórką ciała. U człowieka podobnie jak u innych ssaków i ptaków, krew zaopatrywana jest w tlen w płucach. Stamtąd kierowana jest do serca, którego skurcze pompują ją do tętnic, skąd dociera już do pozostałych tkanek i narządów. Wyróżnia się dwa w pełni oddzielone od siebie obwody naczyniowe: (1) krążenie płucne, (czyli tak zwany obieg mały), które łączy serce z płucami i (2) krążenie ustrojowe, (czyli tak zwany obieg duży),który łączy serce z wszystkimi pozostałymi tkankami i narządami. W obiegu płucnym krew ulega utlenowaniu. Pozbawiona tlenu, lecz bogata w dwutlenek węgla, powraca krew z tkanek i narządów do prawego przedsionka serca. Skurcze prawej komory pompują tę krew do obiegu płucnego. Opuszczając serce, wielki pień tętniczy płucny rozgałęzia się na dwie tętnice płucne, które prowadzą krew do obu płuc. Te dwie tętnice są jedynymi tętnicami, które transportują krew ubogą w tlen. W płucach tętnice płucne rozgałęziają się na coraz mniejsze naczynia, które dają początek rozległej sieci płucnych naczyń włosowatych; te ostatnie prowadzą krew do wszystkich pęcherzyków płucnych. Gdy krew krąży w naczyniach włosowatych płuc, dwutlenek węgla dyfunduje z krwi do pęcherzyków płucnych. Z kolei tlen z pęcherzyków płucnych dyfunduje do krwi, a więc krew, która wchodzi do żył płucnych prowadzących do lewego przedsionka serca, jest obficie zaopatrzona w tlen. Żyły płucne to jedyne żyły, którymi płynie krew bogata w tlen.
Krążenie ustrojowe rozprowadza krew do wszystkich tkanek. Krew wchodząc do krążenia ustrojowego pompowana jest z lewej komory serca do aorty, największej tętnicy w ciele. Tętnice odchodzące od aorty doprowadzają krew do wszystkich części ciała. Najważniejsze to tętnice wieńcowe lewa i prawa, unaczyniające serce, tętnice szyjne- doprowadzające krew do mózgu, tętnice podobojczykowe- doprowadzające krew do kończyn górnych, tętnice krezkowe- zaopatrujące w krew jelito cienkie znaczną część jelita grubego, tętnice nerkowe- zaopatrujące w krew miąższ nerki i nadnercza oraz tętnice biodrowe- doprowadzające krew do kończyn dolnych. Wszystkie one rozgałęziają się na coraz drobniejsze naczynia, które doprowadzają krew do sieci naczyń włosowatych w każdej tkance i w każdym narządzie. Krew powraca do naczyń włosowatych mózgu żyłami szyjnymi, a z naczyń włosowatych kończyn górnych- żyłami podobojczykowymi. Żyły, którymi krew powraca do serca z górnych partii ciała, łączą się w wielką żyłę, zwaną żyłą czczą górną. Żyły nerkowe prowadzące krew z nerek, żyły biodrowe- z kończyn dolnych, żyły wątrobowe- z wątroby i inne żyły prowadzące krew z dolnych partii ciała zwracają krew do żyły czczej dolnej, która prowadzi ją do prawego przedsionka.
Serce ptaków i ssaków zbudowane jest z czterech części. Serce ptaków i ssaków podzielone jest na część lewą i prawą. Przegroda międzykomórkowa jest pełna, co zapobiega mieszaniu się krwi utlenowanej w lewej połowie serca z krwią odtlenowanąw części prawej. Podział stożka tętniczego daje początek aorcie i tętnicy płucnej. Zatoka żylna nie występuje jako osobna część, lecz zachowuje się w szczątkowej postaci jako węzeł zatokowo-przedsionkowy inaczej rozrusznik. Całkowity rozdział prawej i lewej części serca zmusza krew do dwukrotnego przejścia przez serce w trakcie każdego obiegu. W efekcie krew w aorcie ptaków i ssaków zawiera więcej tlenu niż u pozostałych kręgowców. Więcej tlenu dociera, zatem do tkanek, co umożliwia wysokie tempo przemiany materii oraz utrzymanie stałej temperatury ciała (stałocieplności). Ptaki i ssaki zachowują stałą, wysoką temperaturę ciała nawet w bardzo niskiej temperaturze otoczenia.


Kolejnym układem, który ma duży wpływ na stałocieplność u omawianych kręgowców jest układ oddechowy. Ptaki, bardzo aktywne zwierzęta o wysokim tempie metabolizmu, wymagają znacznych ilości tlenu, a budowa ich układu oddechowego umożliwia znaczną wydajność procesów wymiany gazowej. Od płuc odchodzą cienkościenne worki powietrzne (jest ich zazwyczaj dziewięć), które sięgają do wszystkich części ciała, a nawet wnikają do niektórych kości. Przepływ powietrza w płucach jest jednokierunkowy i powietrze odnawiane jest przy każdym wdechu. Oskrzela wnikają do parzystych płuc i rozgałęziają na coraz drobniejsze gałązki. Podczas gdy u ssaków oskrzeliki najdalszego rzędu kończą się woreczkowatymi pęcherzykami płucnymi, to u ptaków kończą się drobnymi, cienkościennymi kanalikami zwanymi przyoskrzelami. Są one z obu końców otwarte, co umożliwia ciągły przepływ powietrza przez płuca i nad powieszchnią wymiany gazowej. Przyoskrzela oplecione są siecią naczyń włosowatych. Tu zachodzi właściwa wymiana gazowa. Krew płynie w płucach w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu strumienia powietrza, zgodnie z zasadą przeciwprądu. Dzięki temu do krwi dostaje się znaczna ilość tlenu.

W stanie spoczynku ptak wciąga powietrze do płuc dzięki ruchom mostka i żeber. W czasie lotu mostek musi być unieruchomiony, by stworzyć przyczep dla mięśni skrzydeł. Każdy ruch skrzydeł powoduje na przemian wtłaczanie i usuwanie powietrza do worków i z worków powietrznych położonych pomiędzy niektórymi mięśniami skrzydeł. Worki te działają, więc jak miechy, wciągając i wyrzucając powietrze do płuc i z płuc. Im szybciej ptak leci, tym powietrze żywiej krąży przez płuca. System ten umożliwia także efektywniejszą wymianę gazów w maleńkich naczyniach krwionośnych płuc. Taki potrafią znieść mocno rozrzedzone powietrze na dużych wysokościach- aż do 11274 metrów, jak w przypadku sępa, który zderzył się z samolotem nad Afryką Zachodnią. Na tej wysokości człowiek nie wyposażony w aparat tlenowy zginąłby.
Układ oddechowy ssaka zbudowany jest z płuc i dróg oddechowych, którymi powietrze wędruje do pęcherzyków płucnych i z powrotem. Drogi oddechowe obejmują nozdrza, jamę nosową, gardziel, krtań i tchawicę, która rozgałęzia się na dwa oskrzela- lewe i prawe, prowadzące do płuc. W płucach oskrzela dzielą się na liczne odgałęzienia- oskrzelki, te zaś rozgałęziają się wielokrotnie, przechodząc w oskrzelki oddechowe. Oskrzelki oddechowe rozdzielają się na kilka przewodów oddechowych, które kończą się ślepo w woreczkach oddechowych. W ścianach przewodów oddechowych i ścianach woreczków oddechowych znajdują się uwypuklenia, zwane pęcherzykami płucnymi. Pęcherzyki otacza gęsta sieć naczyń włosowatych. Przez ścianki pęcherzyków zachodzi wymiana tlenu i dwutlenku węgla pomiędzy krwią i powietrzem w pęcherzykach płucnych.



Dzięki temu ptakom w czasie lotu nigdy nie brakuje tchu i wiele z nich może sobie pozwolić na śpiew w locie. Organizm ptaka- porównywalny do wysoko wydajnego silnika- funkcjonuje w temperaturze podobnej jak u ssaków. Niektórych gatunków temperatura ciała wynosi 440C (dla człowieka śmiertelna). U ptaków nie dzieje się to kosztem długości życia. Wysoką temperaturę ciała ptaki utrzymują dzięki upierzeniu. Mogą one zależnie od potrzeby, napuszyć pióra, ułożyć je ciasno lub tak nastroszyć, że wiatr chłodzi im skórę. Wiele ptaków regularnie natłuszcza lub pudruje pióra, co sprawia, że w czasie deszczu woda spływa po nich kroplami, a po nurkowaniu ptak pozostaje suchy. Pióra wykluczają jednak istnienie gruczołów potowych. Dlatego ptaki nie pocą się w upały, lecz zieją z otwartymi dziobami. Grube warstwy tłuszczu byłyby zbyt dużym obciążeniem przy lataniu, więc niewiele ptaków gromadzi zapasy tłuszczu w swoich organizmach. Niektóre ptaki w czasie snu mogą dostosować temperaturę swego ciała do otoczenia, podobnie jak gady- ich przodkowie, i dzięki temu mogą zaoszczędzić cenną energię. Poza tym spalają one w okresie głodu nie tłuszcz, lecz białko swoich mięśni. Kolibry tracą w czasie jednego przelotu 1/3 swej wagi, odzyskując ją w ciągu kilku następnych dni. Ta szybkość regeneracji jest możliwa dzięki zdolności ptaków do szybkiego trawienia. Kiedy mały ptak zjada jagody to między jej połknięciem a wydaleniem upływa zaledwie kilka minut. Ptaki nie mają pęcherzyka moczowego: mocz zagęszcza się w postaci krystalicznej papki, która wydalana jest przez odbyt. Obserwuje się u nich ogromną łatwość w przystosowaniu się do rozmaitych warunków. Znane są owoco-, ziarno-, nektaro- i owadojady, a także drapieżcy, którzy też różnią się metodami i obiektem polowania: są wśród nich łowcy ryb i ptaków, a nawet sokół łowiący nietoperze. Sępy z kolei zjadają padlinę. W zasadzie przeważa pożywienie zwierzęce, ubogie w błonnik i łatwe w trawieniu. Gęsi jednak mogą strawić nawet celulozę, wykorzystując bakterie, które żyją w ich jelitach ślepych.
Stałocieplność jest bardzo ważną cechą przystosowawczą ptaków i ssaków. Jest to przykład aromorfozy. Dzięki niej pod koniec ery mezozoicznej ssaki na drodze radiacji adaptacyjnej opanowały wszystkie możliwe środowiska kuli ziemskiej.