Уплыў навакольнага асяроддзя на метабалізм жывёл
Метабалізм — гэта шэраг хімічных працэсаў у арганізмах жывых істот, якія функцыянуюць для выпрацоўкі энергіі, стварэння і аднаўлення тканін, а таксама падтрымання жыцця. У жывёл метабалізм складаецца з двух асноўных кампанентаў: катабалізм (распад малекул для атрымання энергіі) і анабалізм (зборка малекул для росту і аднаўлення). Нягледзячы на тое, што метабалізм кантралюецца ўнутранымі фактарамі, такімі як гены, гармоны і нервовая сістэма, навакольнае асяроддзе адыгрывае значную ролю ў вызначэнні хуткасці гэтых працэсаў. Змены тэмпературы, даступнасці ежы, узроўню кіслароду, вільготнасці, асвятлення і нават уздзеяння забруджвальных рэчываў могуць змяніць энергетычныя патрэбы жывёлы і тое, як яе арганізм перапрацоўвае энергію.
1. Тэмпература з'яўляецца найбольш дамінуючым фактарам
Тэмпература навакольнага асяроддзя — найбольш відавочны фактар, які ўплывае на метабалізм, асабліва ў эктатэрмных (халаднакроўных) жывёл, такіх як рыбы, земнаводныя, рэптыліі і большасць беспазваночных. У эктатэрмных жывёл тэмпература цела моцна залежыць ад тэмпературы навакольнага асяроддзя. Па меры павышэння тэмпературы ферментатыўныя рэакцыі ў арганізме паскараюцца, павялічваючы хуткасць метабалізму. І наадварот, пры нізкіх тэмпературах актыўнасць ферментаў зніжаецца, а метабалізм запавольваецца.
Гэтую з'яву часта тлумачаць канцэпцыяй Q10, якая паказвае, наколькі павялічваецца хуткасць біялагічных рэакцый пры павышэнні тэмпературы на 10°C. У многіх эктатэрмных арганізмаў павышэнне тэмпературы на 10°C можа прывесці да павелічэння метабалізму ў два-тры разы. Эфекты відавочныя: яшчаркі становяцца больш актыўнымі, калі грэюцца на сонцы, у той час як рыбы ў халодных водах рухаюцца павольней і патрабуюць менш ежы.
У эндатэрмных (цеплакроўных) жывёл, такіх як птушкі і млекакормячыя, тэмпература цела застаецца адносна пастаяннай, таму што яны здольныя выпрацоўваць цяпло праз метабалізм. Аднак тэмпература навакольнага асяроддзя застаецца ўплывовай . Калі надвор'е халоднае, эндатэрмы павялічваюць метабалізм, каб падтрымліваць тэмпературу цела, напрыклад, праз дрыжыкі або павелічэнне спальвання бурага тлушчу ў некаторых млекакормячых. І наадварот, калі надвор'е спякотнае, арганізм павінен губляць цяпло праз такія механізмы, як потаадлучэнне, дыхавіца або пашырэнне сасудаў. Гэты працэс астуджэння таксама патрабуе энергіі, таму нават экстрэмальная спёка можа павялічыць выдаткі на метабалізм.
2. Даступнасць прадуктаў харчавання і іх пажыўная каштоўнасць
Метабалізм цесна звязаны з спажываннем энергіі. Навакольнае асяроддзе вызначае, наколькі лёгка жывёлы могуць знайсці ежу і наколькі пажыўная гэтая ежа. У сезоны з багаццем крыніц ежы жывёлы, як правіла, павялічваюць актыўнасць, рост і размнажэнне — усё гэта патрабуе больш высокага метабалізму. І наадварот, калі ежы мала, многія жывёлы зніжаюць хуткасць метабалізму, каб выжыць.
Звычайнымі адаптацыямі з'яўляюцца апатыя і спячка. У апатыя жывёлы часова зніжаюць тэмпературу цела і абмен рэчываў, як гэта адбываецца ў некаторых дробных птушак і кажаноў. Спячка — гэта форма працяглай спячкі, якая адбываецца зімой; абмен рэчываў рэзка зніжаецца, пульс запавольваецца, а патрэбы ў энергіі зніжаюцца. У гарачым, сухім асяроддзі некаторыя жывёлы таксама падвяргаюцца эстывацыі, летняй версіі «спявой спячкі» ў адказ на засуху і недахоп ежы.
Якасць ежы таксама адыгрывае пэўную ролю. Напрыклад, траваедныя жывёлы, якія ўжываюць дыету з высокім утрыманнем клятчаткі, патрабуюць спецыялізаванай стрававальнай сістэмы (напрыклад, рубца ў жвачных жывёл) і дадатковай энергіі для мікробнай ферментацыі. Калі навакольнае асяроддзе забяспечвае толькі корм, бедны пажыўнымі рэчывамі, жывёлам, магчыма, прыйдзецца есці больш або перанакіраваць энергію з росту на падтрыманне цела.
3. Даступнасць кіслароду і вышыня
Кісларод з'яўляецца асноўным палівам для аэробнага дыхання, у выніку якога выпрацоўваецца АТФ. Такім чынам, узровень кіслароду ў навакольным асяроддзі істотна ўплывае на метабалізм . На вялікіх вышынях ціск паветра ніжэйшы, што прыводзіць да меншай колькасці кіслароду. Жывёлы, якія жывуць там, адаптуюцца, павялічваючы колькасць эрытрацытаў, змяняючы сродства гемаглабіну да кіслароду і павялічваючы ёмістасць лёгкіх або ёмістасць дыхальнай сістэмы.
У водных жывёл узровень растворанага кіслароду ў вадзе можа змяняцца з-за тэмпературы, плыняў або забруджвання. Цёплая вада звычайна змяшчае менш кіслароду, чым халодная. У выніку рыбы ў цёплых водах могуць адчуваць гіпаксічны стрэс і змяняць свае метабалічныя стратэгіі, напрыклад, зніжаць актыўнасць або перамяшчацца ў раёны з больш высокім узроўнем кіслароду. Калі гіпаксія працягваецца, некаторыя віды часова пераключаюцца на анаэробны метабалізм, хоць гэта менш эфектыўна і прыводзіць да выпрацоўкі пабочных прадуктаў, такіх як малочная кіслата.
4. Вільготнасць і даступнасць вады
Вада з'яўляецца жыццёва важным кампанентам для хімічных рэакцый, транспарту пажыўных рэчываў і рэгулявання тэмпературы цела. Сухое асяроддзе павялічвае рызыку абязводжвання, што можа непасрэдна пагоршыць абмен рэчываў. Многія жывёлы пустыні прыстасоўваюцца да памяншэння страты вады, напрыклад, выпрацоўваюць высокаканцэнтраваную мачу, памяншаюць выпарэнне і вядуць начны лад жыцця.
Вільготнасць таксама ўплывае на тэрмарэгуляцыю. У млекакормячых, якія астуджаюць сваё цела шляхам выпарэння (потаадлучэння або дыхання), высокая вільготнасць перашкаджае выпарэнню, што робіць цеплааддачу менш эфектыўнай. У выніку жывёлы могуць адчуваць цеплавы стрэс, і арганізм павялічвае фізіялагічныя намаганні для астуджэння, што ў канчатковым выніку ўплывае на выдатак энергіі і абмен рэчываў.
5. Святло, фотаперыядызм і біялагічныя рытмы
Інтэнсіўнасць святла і працягласць дня і ночы (фотаперыяд) уплываюць на цыркадныя рытмы і гармоны. У многіх жывёл змены фотаперыяду служаць сезоннымі сігналамі для пачатку міграцыі, размнажэння, лінькі або назапашвання тлушчу. Усе гэтыя дзеянні патрабуюць метабалічных карэкціровак.
Напрыклад, пералётныя птушкі назапашваюць тлушч у якасці рэзерву энергіі перад доўгімі падарожжамі. Гэта назапашванне — анабалічны працэс, які рэгулюецца гармонамі і выклікаецца зменамі навакольнага асяроддзя, у тым ліку фотаперыядам і даступнасцю ежы. Як толькі пачынаецца міграцыя, метабалізм павялічваецца, каб падтрымаць далёкі пералёт.
6. Забруджвальныя рэчывы і хімічныя рэчывы як метабалічныя стрэсары
Сучаснае навакольнае асяроддзе часта ўтрымлівае забруджвальныя рэчывы, такія як цяжкія металы, пестыцыды, мікрапластык і ўстойлівыя арганічныя злучэнні. Уздзеянне забруджвальных рэчываў можа паўплываць на абмен рэчываў праз пашкоджанне органаў, эндакрынныя парушэнні або змены ў функцыі ферментаў. Напрыклад, некаторыя пестыцыды могуць парушаць працу нервовай сістэмы, выклікаючы анамальна павышаную мышачную актыўнасць, што павялічвае спажыванне энергіі. Цяжкія металы могуць пашкодзіць печань і ныркі, перашкаджаючы дэтаксікацыі і парушаючы метабалічныя працэсы.
Акрамя таго, забруджванне можа выклікаць хранічны стрэс. Пры стрэсе арганізм вылучае такія гармоны, як кортізол (у пазваночных), які можа павысіць узровень цукру ў крыві і перанакіраваць энергію з росту і размнажэння на механізмы выжывання. Калі гэта адбываецца пастаянна, гэта можа знізіць фізічную форму і рэпрадуктыўны поспех.
7. Узаемадзеянне фактараў навакольнага асяроддзя і стратэгій адаптацыі
Насамрэч, фактары навакольнага асяроддзя рэдка дзейнічаюць асобна. Тэмпература, ежа, кісларод і вада ўзаемадзейнічаюць. Напрыклад, павышэнне тэмпературы можа павялічыць метабалізм эктатэрма, павялічваючы яго патрэбу ў ежы. Аднак, калі раствораны кісларод памяншаецца, а запасы ежы адначасова змяншаюцца, жывёла сутыкаецца з энергетычнай дылемай: арганізм патрабуе больш энергіі, але навакольнае асяроддзе не можа яе забяспечыць. Вось тут і становяцца ключавымі паводніцкія адаптацыі (змена асяроддзя пражывання, змяненне часу актыўнасці) і фізіялагічныя адаптацыі (змена ферментаў, эфектыўнасці дыхання).
Гэтыя адаптацыі таксама тлумачаць, чаму жывёлы ў экстрэмальных умовах — палярных, пустынных або высакагорных — маюць унікальныя метабалічныя рысы. Напрыклад, палярныя жывёлы, як правіла, маюць тоўстыя пласты тлушчу і высокі метабалізм для выпрацоўкі цяпла, у той час як пустынныя жывёлы падаўляе свой метабалізм на працягу дня, каб захаваць ваду і энергію.
Выснова
Навакольнае асяроддзе аказвае шырокі ўплыў на метабалізм жывёл . Тэмпература змяняе хуткасць ферментатыўных рэакцый і патрэбы ў тэрмарэгуляцыі; ежа вызначае забеспячэнне энергіяй; кісларод абмяжоўвае выпрацоўку АТФ; вада і вільготнасць уплываюць на баланс вадкасці і астуджэнне арганізма; святло рэгулюе біялагічныя рытмы; а забруджвальныя рэчывы могуць парушаць метабалічныя сістэмы праз стрэс і гарманальныя збоі. Разумеючы сувязь паміж навакольным асяроддзем і метабалізмам, мы можам лепш ацаніць уплыў змены клімату, разбурэння асяроддзя пражывання і забруджвання на выжыванне жывёл . У рэшце рэшт, метабалізм — гэта мост, які злучае ўмовы навакольнага асяроддзя са здольнасцю жывёлы расці, размнажацца і выжываць.
