| Hvorfor er temperaturen vigtig?
Hvordan kan man klassificerer dyres temperaturbiologi? | Den bestemmer grænserne og intensiteten for biologiske processer.
Den vigtigste abiotiske faktorer, som definerer dyres økologiske niche.
Koldblodede/varmblodede - vekselvarme/ensvarme
Ektoterme/endoterme - termoregulator/termokonformer |
| Hvad er temperaturen et mål for og hvad udtrykker varme?
Hvor kommer det meste af vores varme fra? | Temperaturen er et mål for intensiteten af kinetisk energi i molekylernes tilfældige bevægelser.
Varme er udtryk for mængden af bevægelser.
Transport af varme forløber altid i retning fra høj temperatur mod lavere.
Det meste kommer fra produktionen i de indre organer og i hjernen (under hvile) - derved skal varmen eksporteres fra de centrale dele til de perifære dele af kroppen (ved lave temperaturer), hvis der skal være ens temp. Derfor er kropstemp. ikke altid homogen, hvilket påvirker den gennemsnitlige overfladetemperatur |
| Forklar den metabolske varmeproduktion (Htot) | Htot = Hexchange + Hstored.
Den står i balance med udveksling ved konduktion (varmeledning - diffusion), udveksling ved konvektion (varmetransport fra det omgivende medie), udveksling ved fordampning, udveksling ved stråling og kropstemperaturen kan varieres (varmelagring / varmetab). |
| Forklar konduktion | Det er varmediffusion.
Det er afhængigt af konduktiviteten, temperaturforskel, afstand og areal.
(Fx har luft en dårlig konduktivitet derved godt til at isolerer).
Varmetransporten ved konduktion er omvendt proportionel med afstand som transporten foregår over.
Høj konduktans = lav isolering |
| Forklar konvektion og sammenhængen med konduktion. | Konvektion beskriver den process der fjerner varme ved makroskopisk bevægelser af molekyler.
Konduktionen er afhængig af konvektionen, hvis fx konvektionen er 0 (utænkeligt at luft/vand står helt stille pga densitets forskel) vil varmetabet ved konduktion falde mod 0, hvor hvis kovektionen er uendelig stor vil krops overfladen nærme sig omgivelsernes temperatur.
Det vil altså sige ved en lav konvektion er temperaturen ikke helt den samme som omgivelsernes. |
| Forklar varmestråling | Legemer med en temperatur over 0 K (‑273.15 °C) udsender elektro-magnetisk stråling.
Dyr afgiver og optager energi ved elektromagnetisk stråling til/fra omgivelserne.
Solens lys er blot et speciel eksempel af et meget varmt legeme, der udsender elektromagnetisk stråling ved lav bølgelængde og med høj intensitet.
Den kan beskrives ved at gange to konstanter med overflade temperaturen i 4.
Da vi både afgiver og optager, kan man hvis ikke temperaturforskellene er for store, finde Hr (udvekslingen) ved at sige k(overflade temp - omgivelses temp). |
| Hvad er det tørre varmetab? | Det er det samlede varmetab ved konduktion/konvektion og stråling.
Hc+Hr=C(Tb-Ta), hvor C er den tørre varme konduktans.
Det er med god tilnærmelse ligefremt proportionalt med temperaturforskellen mellem dyret og omgivelserne.
I kulde spiller både fordampning og varmelagring næsten ingen rolle, men bestemmes af det tørre varmetab. Et dyrs evne til at modvirke det tørre varmetab = isolering =1/C. Hvilket betyder høj konduktans giver lav isolering og omvendt. |
| Forklar fordampning | Varmeudvekslingen herved spiller stor rolle ved høje temperaturer, men kun en lille rolle ved lave temperaturer.
Når omgivelserne er samme temp. Som ens egen, kommer man af med al den varme man producerer ved fordampning.
Hvis omgivelserne er varmere end en selv, stiger fordampningen også fordi man skal af med mere varme, idet kroppen også får varme fra omgivelserne.
Vand har stor fordampningsvarme, så der skal tilføjes store mængder energi når vand går fra væskeform til gasform. |
| Hvordan beregnes ændringen i varmeindhold?
Hvor meget kan en menneske opvarme på et minut?
Hvorfor er det godt at oplagre varme? | Man ganger varmekapaciteten (J/grader*kg - 3350 for dyr) med massen (kg) og med ændringen i temperatur.
Varmelagring og varmetab ses som en ændring i gennemsnits temperatur.
Menneske i hvile der ikke udveksler varme kan opvarme 1 kg krop med 2 grader pr minut.
Så man ikke spilder vand på at fordampe varmen væk, men i stedet bare får en højere kropstemperatur (den oplagredede varme afgives om natten). Derudover nedsætter det også temperatur gradienten til omgivelserne. |
| Forklar om varmebalancen, hvilke former for varmeudveksling kan både være positive og negative, hvilke kun den ene? (Hp, Hstorage, Hrad, Hkon og Hevap) | Varmeproduktionen kan kun være positiv. (Kroppen kan kun procudere varme ikke kulde).
Hstorage - både være positiv og negativ.
Hrad kan både være positiv og negativ.
Hkon kan være positiv og negativ.
Hevap kan kun være positiv (varmetab)
Alle kan udtrykkes som rater for tilførsel/fjernelse af energi pr tid = J/s. |
| Hvordan regulerer ensvarme pattedyr og fugle temperaturen? | Temperaturen registreres af temperaturfølsomme neuroner (bl.a. i huden og i centralnervesystemet). Informationen sendes til hypothalamus i hjernen, hvor signalerne integreres og leder til passende termoregulatoriske responser. |
| Forklar den termoneutrale zone. Hvad kan en plot af hvilestofskiftet mod omgivelsernes temperatur vise?
Hvordan ændres den tørre varmekonduktans? | Her er produktionen (stofskiftet) konstant, men varmekonduktansen reguleres.
(På et tidspunkt kan varmekonduktansen ikke sænkes mere og varmeproduktionen må øges for at fastholde Tb (kropstemp.)).
- Når varmeudvekslingen er minimeret og omgivelsernes temperatur falder yderligere må stofskiftet sættes op for at modsvare varmetabet.
Bedre isolering (lavere C) giver større termoneutral zone og lavere stofskifte ved lav temperatur.
I den termoneutrale zone øges varmekonduktansen og fordampningen, når Ta (omgivelserne) nærmer sig Tb,
Det kan vise den tørre varmekonduktans (hældningen) og den nedre kritiske temperatur. |
| Hvordan ændres varmeproduktionen (under den termoneutrale zone)?
Hvordan ændres den tørre varmekonduktans (under den termoneutrale zone)? | Varmeproduktionen:
Aktivitet, kulderystelser (ATPase i myofibriller) eller nonshivering thermogenesis (her transporteres protoner ind gennem et ikke koblet-protein, sådan der skabes varme men intet andet - brune fedtceller).
En nytteløs cyklus (futile cycle) = to metabolske veje løber samtidigt i modsatte retninger og ikke har nogen samlet effekt bortset fra at sprede energi i form af varme. Na+ pumpe og leakage.
Den tørre varmekonduktans reguleres ved:
- Sympatisk stimulering af glatmuskulatur ved hårsækkene, som får hår og fjer til at rejse sig, så tykkelsen af fjerdragt/pels varieres.
- Vasomotor respons - sympatisk stimulering forårsager konstriktion af arteriolerne, der leder blodet til huden = øges det effektive isolerende lag (blodet kommer ikke så langt ud i huden, men tættere inde på kroppen).
- Dyr kan adfærdsmæssigt eller fysiologisk variere eksponeringen "varmevinduer" og dermed påvirke varme konduktansen (have tyk hud de udsatte steder, stille sig tæt sammen i flok) |
| Forklar regional heterotermi og hvordan det understøttes. | Det meste kommer fra produktionen i de indre organer og i hjernen (under hvile) - derved skal varmen eksporteres fra de centrale dele til de perifære dele af kroppen (ved lave temperaturer), hvis der skal være ens temp. Derfor er kropstemp. ikke altid homogen, hvilket påvirker den gennemsnitlige overfladetemperatur
Ses specielt hos dyr fra kolde egne med dårligt isolerede varmevinduer.
Det understøttes af anatomiske specialiseringer i kredsløbet.
Dette ses i form af modstrømsvarmeveksler, hvor arterier og vener løber så tæt at varmen når at diffunderer over i venerne, inden blodet kommer helt ud i fx benet eller potten og undgår at afgive det til omgivelserne.
(Dette bruges i sådan grad at det holdes over frysepunktet, men mindsker mest muligt varmetab. Ved lavere temperaturer sendes blodet udenom varmeveksleren for at forhindre frysning og dermed stiger varmetabet). |
| Hvordan holder man kulden, når det bliver varmt. | Varme fluxen via konduktion og stråling bliver i retning af dyret, når omgivelsernes temp. stiger.
- Varmelagring kan kun benyttes i ringe grad, da kropstemperaturen ellers vil stige til kritiske niveauer.
- Ved høje temperatur spiller fordampning en stigende rolle for termoreguleringen.
Svedning (tab af salte), varmegispning - øger konvektion over fugtige steder (fare for alkalose - hyperventilering, som fjerner CO2 og øger pH - dog mest deadspace, forøget arbejde og mulighed for hjernekøling) og spytspredning.
- Pels og fjerdragt kan også spille en rolle, da disse nu kan modvirke varmeoptag.
- Regional heterotermi - de nedkølede vener forsyner et sinus tæt ved hjernen og her køler det det arterielle blod inden det når hjernen = følsomme organer holdes kolde. |
| Hvad gør ektoterme dyr? Hvordan laver de termoregulering? | Deres temperatur er primært bestemt af interaktion med ydre forhold.
Har høj konduktans = lav isolering.
Ofte begrænsede muligheder for fysiologisk termoregulering - de regulerer i stedet adfærd.
- dette kræver dog et heterogent miljø og er derfor mere udtalt i det terrestriske miljø.
Disse reguleringerne involverer centralt regulerede fysiologiske responser:
Hysterese - hjerteraten er højere under opvarmning (mere blod til hud) end under nedkøling (også ved samme temperatur). |
| Fysiologisk termoregulering i fisk? | Kropstemperaturen er den samme som omgivelserne - store konvektive varmetab fra gællerne.
Nogle hajer og tunarter sørger en modstrømsvarmeveksler for reginalt højere temperaturer i de arbejdende muskler. |
| Hvorfor er ektoterme dyr begrænsede af omgivelsernes temperatur?
Beskriv ændringen i raten af biologiske processer. | Ændringer i kropstemp. påvirker hastigheden af fysiske, biokemiske og fysiologiske processer.
Ændringen i hastigheden af biologiske processer kan ofte beskrives som værende eksponentielt stigende inden for det "normal" temperaturinterval.
Idet de fleste enzymatiske processer udviser en eksponentielt stigende sammenhæng ses dette også for overordnede træk såsom metabolsk rate og populations vækst.
Arterne har forskellig temperaturer, hvor de kan løbe hurtigst - hvilken vælger de. De dyr som løber hurtigt og tilpasset et varmt sted, vælger også den temperatur, da deres muskler fungere bedst her.
Ændring i raten beskrives ofte ved Q10 - udtrykker hvor mange gange større/hurtigere en process forløber ved en temperaturstigning på 10 grader. (ofte mellem 2 og 3 for biologiske reaktioner). |
| Hvad er akklimering og adaptation.
Hvordan sker akklimering af standard metabolsk rate?
Hvordan påvirker temperaturen proteiner?
Hvordan påvirkes enzymer?
Hvordan påvirkes membraner?
Hvad er akklimatizering? | Adaptation = ændringer over mange generationer
Akklimering = det akute temperatur respons kompenseres. (timer, dage, liv).
Akklimerings responser kaldes også fænotypisk plastisitet. Disse responser kan kategoriseres efter graden af kompensation.
Akklimering af standard metabolsk rate skyldes tildels øgede mængder af rate-limiterende enzymer i krebs cyklus og elektron transport kæden. (Så den kan øges ved lavere temperaturer).
- Membran og protein modifikationer forekommer både på en kort og en evolutionær skala - dyr/arten tilpasses bedre specifikke temperatur forhold.
Temperaturen påvirker svage bindinger i biologiske molekyler - giver ændringer i den sekundære, tertiære og kvarternære struktur. (Isoformer ændres ved forskellige temp.)
Head Shock Proteiner - promoverer nedbrydning eller gendannelse af denaturererede proteiner)
- Enzymaktivitet afhænger af dets affinitet, hvilket temperaturen påvirker via ændringer i dets konformation (Enzym-substrat affinitet tilpasses deres normale temperatur - det samme ses ved fedtstofferne.
- De fysiske egenskaber i membraner ændres også (længde af fedtsyrer samt mængden af umættede fedtsyrer). Her går akklimering og adaptation ind og ændrer membran fosfolipid kompositionen - tilpasser membranen. Dette er vigtigt for den cellulære permabilitet og for funktionen af membranbundne proteiner.
Akklimatizering = sæsonmæssige ændringer resulterer i en ændret fænotype (lys, temp. diæt). |
