冷血动物的体温是如何变化的(昆虫是恒温动物还是变温动物?它们如何保持温度?)
昆虫需要穿衣服吗?
尽管在很多电视中,昆虫都有自己可爱的衣服,小蟋蟀吉米尼穿着西装戴着礼帽非常绅士。但几亿年来,昆虫“光着身子”就成功地渗透到地球的每一个角落,它们靠坚硬的外骨骼来保护自己免受捕食者和环境危害。
那么,不穿衣服的昆虫是如何感知和应对大自然的温度呢?
是热还是冷?
大家都知道,我们是恒温动物,也被称为温血动物。
恒温系统可以控制体温保持在37摄氏度不变,因此热了我们需要空调,冷了需要穿衣服保暖。
人体已经发展出多种机制来保持热量并在必要时将热量排出体外。
出汗、起鸡皮疙瘩和冷颤发抖都是我们的身体试图保持最佳温度的方式,其他哺乳动物也有自己的策略,比如厚皮毛和喘气。
与恒温动物不同,变温动物通常被称为冷血动物,包括爬行动物和两栖动物。它们的体温随着周围的温度而波动,典型代表蛇和鳄鱼,为了保持温度,就非常喜欢晒日光浴
在这两种分类中,昆虫属于哪一类呢?
昆虫并不完全属于温血动物或冷血动物的范畴,因为它们在形态、行为和适应方面有着惊人的多样性。
传统上认为大部分的昆虫是变温动物,但并不完全是,像黄蜂、蜜蜂、飞蛾、蝴蝶和甲虫这样的昆虫是恒温的。
恒温动物能够根据外界条件调节体内温度,特别是某些身体部位的温度,它们往往拥有选择性加热或冷却某些身体部位的能力。
翅膀,不仅仅是用来飞行的
想象一下,如果你的手臂形状像翅膀,为了飞行,你必须不停地挥动手臂,艰苦且需要大量的精力。
为了产生所有这些飞行所需的能量,昆虫必须具有快速的新陈代谢,但是体内的新陈代谢反应并不总是有效的。
昆虫通过控制翅膀的肌肉,产生大量的热量和能量。
飞行不仅可以吸收热量,也可以释放热量。
飞行增加了昆虫血液循环,将热量散发到全身。
来自胸部的热量,也就是翅膀所在的位置,被传递到腹部,而腹部的热量通过蒸发流失。
腹部,就像一个散热器,冷的时候可以“储存”热量,太热的时候就像一个热量分配器。
温度低的时候,昆虫往往会先热身。
低温并不适合飞行,因为在低温条件下,飞行所需的新陈代谢反应不够快。
为了克服这一点,昆虫会进行一些热身活动,将振翅浪费的热量用于寒冷的天气。它们用力前后拍打翅膀,类似于颤抖,在不飞行的情况下就能产生热量,基本上在起飞前的几分钟,它们就会把自己的飞行“引擎”预热好。
无效循环真的无用吗?
幸运的是,发抖并不是唯一的升温方式。
几项研究发现,当蜜蜂在暖身时,会出现一个“无效循环”也被称为底物循环。
通俗来讲,就是两个相反的步骤,两个相反的路径:糖酵解,分解葡萄糖:糖异生,合成葡萄糖。
葡萄糖+ATP→葡萄糖-6-磷酸+ADP( 葡糖激酶)
葡萄糖-6-磷酸+H2O→葡萄糖+Pi(葡萄糖6磷酸酶)
“无效”,是因为从表面看,该循环对生物没有净效用。但从循环来看,是一个消耗ATP的过程。
ATP是细胞的能量货币,细胞通过分解ATP来获得能量,产生更多的ATP也会产生大量的热量。反复执行这个循环会迅速消耗ATP,而实际上没有任何工作发生。细胞不得不加班工作,以维持一个令人满意的ATP供应,因此也能提供更多的热量。
在正常情况下,这两个反应不会同时发生。细胞要么进行糖酵解,要么进行糖异生。
一些蜜蜂,就有这个能力启动这个循环来产生热量。
今天冷不冷?
为了利用这些很酷的方法来控制体温,昆虫必须首先知道外面是热还是冷。
它们通过触角上的一组感受器来完成这一过程,这些感受器被称为瞬时感受器电位通道,简称TRP通道。
这些感受器对周围温度的变化很敏感,并将信息传递给昆虫的神经系统。
研究表明,阻断某些受体会导致昆虫体温低于正常水平,而阻断其他TRP通道会使昆虫体温高于正常水平。
有趣的是,这些TRP通道在进化过程中被保存下来,这意味着人类和昆虫的DNA有一些相同的基因或指令来检测温度。
最后
尽管人类和昆虫有相似的基因来感知温度,但是,昆虫并不需要像人类一样穿衣服或流汗,因为它们的体型很小。
《木偶奇遇记》中的小蟋蟀吉米尼看起来衣冠楚楚,实则是多此一举。