تنظيم درجة الحرارة في الكائنات الحية
تنظيم درجة الحرارة هو أحد المواضيع المهمة في فصل الإخراج والتوازن الداخلي في الكائنات الحية. يتمحور هذا الدرس حول كيفية محافظة الحيوانات على درجات حرارة مناسبة لأداء وظائفها الحيوية، وما الآليات التي تعتمدها لضبط توازنها الحراري سواء كانت حيوانات داخلية أو خارجية المصدر الحراري.
تعريف: تنظيم درجة الحرارة
هو القدرة على الحفاظ على درجة حرارة الجسم ضمن مدى معين يسمح للعمليات الحيوية بأن تحدث بكفاءة، سواء في الأجواء الحارة أو الباردة.
أهمية تنظيم درجة الحرارة
🔹 ماذا يحدث عند انخفاض درجة الحرارة بدرجة كبيرة؟
عند انخفاض درجة الحرارة بشكل كبير:
- تبطؤ سرعة العمليات الحيوية في الجسم.
- تقل كمية الطاقة التي يمكن أن يسخرها الحيوان للنشاط أو التكاثر.
🔹 ماذا يحدث عند ارتفاع درجة الحرارة إلى مستويات عالية؟
- تُصبح التفاعلات الحيوية غير متزنة.
- تتوقف بعض التفاعلات الإنزيمية مما يعيق العمليات الحيوية.
✅ سؤال وزاري نموذجي
س/ ماذا يحدث عندما ترتفع درجة حرارة الجسم كثيرًا؟
ج/ تصبح التفاعلات الحيوية غير متزنة وقد تتوقف التفاعلات الإنزيمية.
تصنيف الحيوانات حسب تنظيم الحرارة
🔸 1. حيوانات متغيرة درجة الحرارة (ذوات الدم البارد):
هي الحيوانات التي تتغير درجة حرارة أجسامها حسب البيئة المحيطة، مثل الزواحف والأسماك.
🔸 2. حيوانات ثابتة درجة الحرارة (ذوات الدم الحار):
هي الحيوانات التي تحافظ على درجة حرارة ثابتة نسبياً في أجسامها رغم تغيّر البيئة مثل الطيور والثدييات.
مصدر الحرارة في الكائنات الحية
🔹 خارجيّة المصدر الحراري:
هي الحيوانات التي تنقل الحرارة الناتجة بعيدًا عن أجسامها، وتكتسب حرارتها من البيئة المحيطة.
مثال: أغلب الأسماك.
🔹 داخلية المصدر الحراري:
هي الحيوانات التي تحتفظ بالحرارة الناتجة عن عملياتها الحيوية داخل أجسامها.
أمثلة: الإنسان، الطيور، الثدييات.
كيف تحصل الحيوانات على الاستقرار الحراري؟
🔸 1. الضوابط السلوكية:
تشمل تغيّر سلوك الحيوان لتفادي الظروف البيئية المتطرفة.
- مثال:
عندما تكون الشمس حارّة جدًا في منتصف النهار، تنتقل بعض الحيوانات إلى الظل أو تختبئ تحت الصخور. - أمثلة حيوانات:
السحالي الصحراوية التي تتحمل درجات حرارة تصل إلى 47°م وتفضل حرارة 42°م لإنجاز فعالياتها الحيوية.
🔸 2. الضوابط الأيضية (الكيميائية والخلويّة):
هي تغيّرات تحدث على مستوى التفاعلات الخلوية الداخلية للحيوان.
- مثال:
السلمندر يستطيع القيام بنفس النشاط سواء في البرد أو في الحر دون تغيير سلوكه، بفضل التعديلات الأيضية داخل الخلية.
تثبيت درجة الحرارة في الحيوانات داخليات المصدر الحراري
الثدييات والطيور تحافظ على ثبات درجة حرارة أجسامها بآليات دقيقة تشمل:
- إنتاج الحرارة:
- عن طريق أكسدة المواد الغذائية.
- العمليات الأيضية الخلوية.
- التقليص العضلي (مثل الركض).
- فقدان الحرارة:
- تبخر الماء من الجسم عند ارتفاع الحرارة.
- زيادة العزل الحراري لتقليل الفقد عند انخفاض الحرارة.
مدى درجات الحرارة لدى الكائنات الحية
- درجة حرارة الثدييات (بما فيها الإنسان): تتراوح بين 36 – 38°م.
- درجة حرارة الطيور: تتراوح بين 40 – 42°م.
✅ سؤال: كيف يتم الحفاظ على درجة حرارة ثابتة في الحيوانات داخليات المصدر الحراري؟
الجواب: من خلال اتزان دقيق بين إنتاج الحرارة (الأيض الغذائي، التقليص العضلي) وفقدان الحرارة (التوصيل والتبخر).
موضوع خاص: السبات أو البيات
🔹 تعريف السبات أو البيات:
هو سلوك فسيولوجي في بعض الحيوانات يهدف إلى خفض استهلاك الطاقة والمحافظة على درجة حرارة الجسم في ظروف بيئية صعبة، خصوصًا في فصل الشتاء.
🔸 ما الحيوانات التي تستخدم السبات؟
- البرمائيات والزواحف (لأنها لا تستطيع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة).
- بعض الثدييات مثل:
- الثدييات البدائية (وحيدة الفتحة).
- آكلة الحشرات.
- القوارض.
الآليات الفسيولوجية خلال السبات
🔸 1. تجميع الدهون:
- تقوم الحيوانات بتخزين الدهون عن طريق تحويل الكربوهيدرات إلى دهون لتستخدمها كمصدر طاقة أثناء فترة السبات.
🔸 2. تخزين الغذاء:
- بعض الحيوانات مثل الهامستر تقوم بتخزين الغذاء مسبقًا.
🔸 3. رفع مستويات الإنسولين:
- مثل القنافذ، التي ترفع مستوى الإنسولين في الدم خلال فترة السبات لتوفير الطاقة اللازمة للبقاء.
أسئلة وأجوبة مهمة
- س/ لماذا تلجأ بعض الحيوانات إلى السبات؟
ج/ لأنها لا تستطيع الثبات على درجة حرارة أجسامها في البيئات الباردة. - س/ كيف يتم إنتاج الحرارة في الحيوانات داخليات المصدر الحراري؟
ج/ عن طريق أكسدة المواد الغذائية، الأيض الخلوي، والتقليص العضلي. - س/ ما الفرق بين الحيوانات داخليات وخارجيّات المصدر الحراري؟
ج/ الداخلية تحتفظ بالحرارة الناتجة داخل الجسم، بينما الخارجية تفقد الحرارة للبيئة.
خاتمة
يُعد تنظيم درجة الحرارة من أهم آليات التكيّف البيولوجي التي تعتمدها الكائنات الحية للبقاء في بيئات مختلفة. سواء عبر سلوكيات معينة أو تغييرات فيزيولوجية، فإن الحفاظ على استقرار الحرارة ضروري للنشاط الحيوي والتكاثر. وقد تنوعت استجابات الكائنات بين السلوكيات البسيطة والضوابط الأيضية المعقدة وحتى الدخول في سبات موسمي.