Доказательство разной интенсивности метаболизма в разных условиях у животных и растений

Доказательство разной интенсивности метаболизма в разных условиях у животных и растений

Метаболимзм (от греч. мефбвплЮ — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Или же метаболизм — совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии в организмах, обеспечивающих развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.

Обмен веществ — это различные химические реакции, которые протекают в живом организме и необходимы для поддержания жизни. Благодаря обмену веществ организм может жить, расти и развиваться.

Размер урожая биомассы на коршо (выраженный в общей сухой массе или общей калорийности всех организмов, присутствующих в данный момент времени), который может поддерживаться постоянным потоком энергии через пищевую цепь, в значительной степени зависит от размера особей. Чем меньше организм, тем выше его удельный метаболизм (т. е. метаболизм в пересчете на I г или на I кал биомассы) и тем меньше биомасса, которая может поддерживаться на данном трофическом уровне экосистемы. И наоборот, чем крупнее организм, тем выше биомасса па корню. Так, «урожай» бактерий будет гораздо ниже «урожая» рыбы или млекопитающих, хотя эти группы, возможно, используют одинаковое количество энергии.

Объяснения и примеры: у мелких растений и животных — водорослей, бактерий, простейших — удельный метаболизм (на I г биомассы) значительно выше, чем у крупных, например деревьев и позвоночных. Это относится и к фотосинтезу, и к дыханию. Например, метаболизм микроскопических водорослей (фитопланктона), которых в озере в каждый данный момент времени наберется не более нескольких килограммов на гектар, может не отличаться от метаболизма намного большей биомассы деревьев в лесу или травы на лугу. Точно так же несколько килограммов мелких ракообразных, «пасущихся» на водорослях, могут иметь общее дыхание, равное дыханию многих килограммов пасущейся на лугу коровы.

Интенсивность обмена у отдельных организмов или их ассоциаций часто оценивается по скорости потребления кислорода (или в случае фотосинтеза — по скорости его продукции). У животных наблюдается общая тенденция к увеличению интенсивности обмена в расчете на организм пропорционально степени 2/3 роста объема (или массы); иначе говоря, интенсивность метаболизма на грамм биомассы растет с уменьшением длины. Видимо, подобное соотношение наблюдается и у растений, хотя различия в строении растений и животных затрудняют прямое сравнение объемов и линейных размеров. Различные теории, объясняющие эту тенденцию, особое внимание обращают на роль процессов диффузии; действительно, у крупных организмов площадь поверхности, через которую может идти диффузия, на грамм массы меньше, чем у мелких животных.

Однако общепринятого объяснения связи между размером и метаболизмом пока нет. Конечно, сравнения следует проводить при одинаковой температуре, так как интенсивность обмена при высокой температуре обычно выше. При сравнении организмов, имеющих размеры одного порядка, линейные зависимости, не всегда оказываются справедливыми. Это вполне естественно потому, что на интенсивность метаболизма влияют и многие другие факторы. Например, у теплокровных животных интенсивность дыхания выше, чем у холоднокровных такого же размера. Ho это различие относительно мало по сравнению с различием между позвоночными и бактериями. Итак, при одинаковом поступлении энергии с пищей величины урожая на корню холоднокровной растительноядной рыбы в пруду и урожая теплокровных травоядных млекопитающих на суше могут быть одного порядка. Ho в воздухе кислорода больше, чем в воде, где он может служить лимитирующим фактором. В общем, у водных животных, по-видимому, активность дыхания на единицу массы меньше, чем у наземных животных такого же размера. Такая адаптация вполне может повлиять на трофическую структуру. Следует помнить, что с увеличением размеров снижается не общий метаболизм особи, а удельный. Взрослому человеку требуется пищи больше, чем маленькому ребенку, но на I кг массы взрослый потребляет меньше пищи.

Интенсивность метаболизма, или метаболическая активность, вещества складывается из двух процессов — из синтеза, или новообразования, и распада молекул данного вещества. Наиболее точным способом оценки новообразования вещества является определение скорости, или активности, включения радиоактивной метки.

Там, где интенсивность метаболизма высока, их больше, а где низка — меньше. метаболизм обмен вещество загрязнение Температура влияет на интенсивность метаболизма у животных различными путями.

Характеризуется резким снижением интенсивности метаболизма и остановкой формообразования. Интенсивность метаболизма у людей убывает в среднем на 4% при увеличении возраста на каждые 10 лет.

Растения расходуют на единицу массы меньше энергии, чем животные, поскольку интенсивность метаболизма у них ниже.

Вторая фаза зависит от температуры и не наблюдается при О. С, когда интенсивность метаболизма и дыхания очень низка. Ингибирование поглощения К-ионов цианистым калием свидетельствует о том, что этот процесс зависит именно от дыхания. Во время второй фазы ионы калия поступают в клетки корня через плазма-лемму путем активного транспорта.

В условиях покоя уровни субстратов могут быть сравнительно низкими, тогда как резкий подъем интенсивности метаболизмамог бы сопровождаться их повышением. В связи с этим положительная температурная модуляция в условиях покоя оказывала бы большее стабилизирующее влияние на уровень обмена. Нетрудно заметить, что чем меньше животное, тем выше у него интенсивность метаболизма. Следовательно, эти критерии непригодны для сравнения функциональной роли популяций, сильно различающихся по значению отношения интенсивности метаболизма к размеру особей, хотя, как правило, биомасса более надежный критерий, чем численность. В то же время поток энергии служит более подходящим показателем при сравнении компонента с любым другим и экосистемы в целом с соседней экосистемой.

Поскольку почти любой вид метаболической активности организма непосредственно связан с дыханием, то, измеряя дыхание, мы получаем возможность довольно точно судить об интенсивности метаболизма. Ее можно вычислить, определяя потребление кислорода.

Сущность открытия состоит в обнаружении возможности восстановления мышц после полного нарушения их структуры и функций: установлено, что степень регенерационной активности мышц зависит от интенсивности метаболизма подопытного животного и глубины повреждения. Научное значение открытия этого свойства состоит в том, что впервые определена возможность вторичного развития органа из трансплантированного материала, и, таким образом, оно изменило ранее существовавшее представление о невозможности свободной пересадки мышц у высших позвоночных.

Благодаря сравнительно простой физиологии водные беспозвоночные способны переносить более сильные колебания температуры, чем водные позвоночные. У рыб интенсивность метаболизмавыше, чем у водных беспозвоночных, однако основная часть эндогенного тепла быстро рассеивается по всему телу и передается в окружающую среду через кожу и жабры. В результате температура тела рыб обычно такая же, как и температура окружающей воды. Температура тела рыб не может быть ниже температуры воды, но в некоторых случаях бывает выше, например у тунцов. Тепло в этих случаях удерживается в теле благодаря противоточной системе теплообмена, и температура красной используемой при плавании мускулатуры может подниматься на 12 С выше температуры морской воды.

Просто организованные животные, такие как кишечнополостные и плоские черви характеризуются высоким отношением площади поверхности тела к его объему и интенсивность метаболизма на этой эволюционной ступени низка.

Тепловое загрязнение создает проблемы в реках и прибрежных океанических водах. Обычно такое загрязнение связано с использованием природных вод в качестве охлаждающих агентов в промышленных процессах, например на электростанциях. Вода, возвращаемая в водоемы предприятиями, теплее исходной и, следовательно, содержит меньше растворенного кислорода. Одновременно нагревание среды увеличивает интенсивность метаболизма ее обитателей, а, значит, их потребность в кислороде. Если температура сбрасываемой воды незначительно отличается от температуры воды в водоеме, то никаких изменений биотического компонента экосистемы может не произойти. Если же температура повышается существенно, то в биоте могут произойти серьезные изменения. Например, для проходных рыб типа лосося бедные кислородом участки рек становятся непреодолимыми препятствиями, и связь этих видов с нерестилищами прерывается.

Популярная книга К. Шмидта-Ниельсена [1987], в которую вошли главные результаты его многолетних исследований. В ней проанализированы различные закономерности в ряде организмов от мыши до слона и убедительно показано, что более крупные организмы просто содержат больше клеток, а сами клетки соответствующих органов и тканей примерно одинаковы у разных организмов. Кроме того, у всех млекопитающих интенсивность метаболизмаи другие физиологические характеристики статистически связаны с массой тела, а продолжительность разных физиологических процессов в организме — с длительностью сердечного цикла. Так, и у мыши, и у человека, и у слона происходит примерно одинаковое число сердечных сокращений (около 4 5) за каждый дыхательный цикл.

Что же касается жизненной емкости легких и массы вашего тела, то после одного занятия, как вы прекрасно понимаете, они практически не изменятся. Совсем другое дело, если вы зарядку станете делать ежедневно да еще ежедневно будете совершать прогулки на свежем воздухе. Тогда через несколько месяцев у вас заметно возрастут потребление кислорода тканями тела, интенсивность метаболизма, число митохондрий в клетках, а значит, и ваш Параметр Подобия повысится.