فرادرستفاوت های جانداران خونگرم و خونسرد — به زبان ساده
کتاب‌های مدرسه، کتاب‌های علمی، مستندهای راز بقا، خبرهای مربوط به دنیای حیات وحش و تقریبا هر رسانه دیگری که به زندگی جانداران مختلف می‌پردازد، احتمالا جایی هم به این موضوع اختصاص‌داده‌اند که فلان جانداران خونگرم هستند و برخی دیگر خونسرد؛ اما کمتر به مفهوم این دو عبارت یعنی خونگرم و خونسرد پرداخته‌اند.
در بهترین و روشن‌ترین حالت، کتاب‌های درسی و علمی به ما می‌گویند پستانداران و پرندگان خونگرم هستند ولی خزندگان، دوزیستان، ماهی‌ها و بقیه جانوران خونسردند. مفهوم خونگرم هم طبق این منابع، به ثابت‌ماندن دمای بدن و توانایی گرم‌کردن بدن باز می‌گردد.
جانوران خونسرد، در نقطه مقابل، نه می‌توانند دمای خود را ثابت نگه‌دارند، نه توانایی گرم‌کردن بدن خود را دارند. اما طبیعت هرگز به این سادگی کار نمی‌کند که بتوان شرح آن را در بندی مختصر آورد. درحقیقت سوال‌های زیادی درباره خونگرمی یا خونسردی بسیاری از جانوران وجود دارد.
دایناسورها مثال مشهوری هستند که سال‌هاست بر سر خونگرم بودن یا خونسرد بودن آن‌ها اختلاف نظر و جدال جدی در کار است. زیرا دنیای موجودات خونگرم و خونسرد هرگز به این سادگی از یکدیگر تفکیک نمی‌شوند و منابع علمی و درسی با هدف بیان ساده‌تر مسائل پیرامون این مبحث، نکات و جزئیات بسیاری را ناگفته باقی گذاشته‌اند. اگر می‌خواهید در این رابطه بیشتر بدانید و از این ناگفته‌ها آگاه‌تر شوید در ادامه با مجله فرادرس همراه باشید.
خونگرم و خونسرد یعنی چه؟
خونگرمی بیش از هر چیز مسئله‌ای مربوط به حوزه متابولیسم یا سوخت و ساز است. سوخت و ساز یعنی مجموعه تغییرات و واکنش‌های شیمیایی که «زندگی» جانداران را پیش می‌برند. تنفس سلولی، سوخت و ساز قندها و پروتئین‌ها و چربی‌ها و در کل هر فرایند شیمیایی که درون یاخته (سلول) با تبادل انرژی سروکار دارد، بخشی از سوخت و ساز است. در جانداران پریاخته‌ای مثل جانوران و گیاهان، سوخت‌وساز گرچه در واحد یاخته یا سلول رخ می‌دهد، اما سوخت‌وساز هر فرد، برآیندی کلی از سوخت‌وساز یاخته‌هاست.
جانداران خونگرم سوخت‌وساز سریع‌تری نسبت به جانداران خونسرد دارند یا به اصطلاح «نرخ سوخت‌وساز» آن‌ها بالاتر است (اصطلاحا به این وضعیت که نرخ سوخت و ساز بدن سریع باشد، تاکی‌متابولیزم Tachymetabolism گفته می‌شود). بنابراین توان مصرفی آن‌ها بیشتر است؛ یعنی در زمان مشخص، انرژی بیشتر (بسیار بیشتر) از جانداران خونسرد مصرف می‌کنند، بدنی دارند که حتی در زمان استراحت، از محیط اطراف گرم‌تر است، زیرا بافت‌هایی در بدن جانداران خونگرم مسئول تولید گرما هستند، بدون این‌که نیازی به فعالیت ماهیچه‌ای باشد (اصطلاحا اندوترمیک Endothermic هستند)؛ بنابراین می‌توانند دمای بدن خود را در محدوده کوچکی حفظ کنند (اصطلاحا هومئوترمیک Homeothermic هستند).
خارجی‌ترین نمود سوخت‌وساز سریع در جانوران خونگرم با مشاهده میزان غذای مورد نیاز آن‌ها مشخص می‌شود. مثلا شیری به وزن دویست کیلوگرم، در سال باید حدود ۵۰ گاو وحشی را شکار کند و بخورد تا بتواند زنده بماند؛ درحالی که تمساحی با همین وزن، کافی است سالی یک گاو وحشی بخورد تا بابت زندگی خوب و غذای کافی که به دندان آورده، شکرگزار باشد. همین‌طور مرغ مگسی دو گرمی (کوچک‌ترین پرنده جهان) روزی پنج تا شش گرم شهد شیرین گل می‌نوشد تا زنده بماند، درحالی‌که ۱۷ زنبور عسل که مجموعا دو گرم وزن دارند، درمجموع به کمتر از نیم گرم شهد گل برای زنده ماندن نیاز دارند.
جانوران خونگرم مثل لامپ‌های پرمصرف رشته‌ای هستند که برای کارکردن نیازمند انرژی زیادی‌اند و به جز نور، گرمای اضافی و ناخواسته زیادی هم به هدر می‌دهند ولی اگر برق کافی به آن‌ها نرسد، کم‌نور و کم‌سو خواهند شد؛ جانداران خونسرد نیز مثل لامپ‌های کم‌مصرف‌اند که با توان مصرفی اندک، همچنان روشنایی تولید می‌کنند.
به این ترتیب، یکی از مهم‌ترین آموزه‌های مخفی در میان سطور کتاب‌های درسی اشتباه از آب درآمد! جانوران خونگرم به خاطر سوخت‌وساز بالایی که دارند، لزوما برتر از جانوران خونسرد نیستند. خونسرد بودن در اغلب مواقع بسیار کارآمدتر از سوخت‌وساز خونگرم است. بده بستانی دائمی میان مزیت‌های مختلف این دو رویکرد متقابل وجود دارد. اما مزیت‌های نیاز دائمی به انرژی زیاد برای زنده ماندن چیست؟
چرا برخی جانوران خونگرم شده‌اند؟
مهم‌ترین مزیت سوخت‌وساز بالا برای جانوران، توانایی تأمین انرژی برای نیازهای ویژه است. مثلا سرعت رشد جانوران یکی از عوامل مهم در افزایش نرخ بقا و امید به زندگی است. از هر هزار نوزاد لاک‌پشت یکی به سن بلوغ می‌رسد؛ سن بلوغ در برخی گونه‌های لاک‌پشت دریایی پنجاه سالگی است. تصور کنید لاک‌پشتی را باید پنجاه سال از دست خطرات محیطی و شکارچی‌ها جان سالم به در ببرد، تا توانایی تولیدمثل بیابد. در عوض ۵۰ تا ۸۰ درصد نوزادان ویلدبیست (گاوسان گله‌ای آفریقایی) طی یک سال و نیم تا دو سال و نیم به بلوغ می‌رسند و می‌توانند تولیدمثل کنند.
جز این‌که جانوران خونگرم سریع‌تر رشد می‌کنند و امید به زندگی بالاتری دارند، مغزهای بزرگتری دارند و توانایی ذهنی آن‌ها برای شکار، گریز از شکارچیان یا یافتن بهترین جفت، معمولا توسعه‌یافته‌تر از جانوران خونسرد مشابه است.
بنابراین جانوران خونگرم نه تنها نرخ سوخت و ساز بالاتری دارند و به غذای بسیار بیشتری نسبت به جانوران خونسرد نیاز دارند، بلکه بسیار سریع‌تر رشد می‌کنند و تعداد بیشتری از زادگان آن‌ها به سن بلوغ می‌رسند.
جانوران خونسرد مثل درخت، حلقه رشد دارند
می‌توان ردپای سرعت بالاتر رشد را در بافت‌شناسی استخوان‌های جانوران خونگرم و خونسرد مشاهده کرد. بسیاری از تحقیقات دیرینه‌شناسی که به بررسی مقایسه‌ای فیزیولوژی دایناسورها پرداخته‌اند، مبتنی بر همین روش بوده است. بافت استخوان در جانورانی که رشد سریع دارند یک دست و متخلخل است که نشان می‌دهد رشد بدون وقفه و با نرخ یکسان انجام شده، اما بافت استخوان جانورانی که رشد آهسته دارند، حاوی لایه‌های پی‌درپی متراکم و بدون تخلخل در میان بافت متخلخل است.
این لایه‌های متراکم، خطوط توقف رشد هستند و نماینده زمان‌هایی که رشد جانور متوقف شده یا بسیار کنده شده است. در جانوران خونگرم معمولا خطوط توقف رشد دیده نمی‌شود، اما در جانوران خونسرد چرا. البته این تمایز همیشه به این دقت نیست. مثلا استخوان‌های پستاندارانی که در شرایط سخت رشد کرده‌اند (مثلا خرس قطبی که در سردی شمالگان زندگی می‌کند) حاوی خطوط توقف رشد است؛ یا حتی بافت استخوان در اغلب پستانداران زوج‌سم (گاوسانان، گوزن‌سانان، زرافه‌سانان، گرازسانان، اسب‌های آبی، شترها...) حتی آن‌هایی که در مناطق گرمسیر زمین زندگی می‌کنند، حاوی خطوط توقف و کندی رشد است.
به عبارت دیگر، برخی جانوران خونگرم هستند که به دلیل سرمای محیط (خرس قطبی) یا تناوب فصل خشک و بارانی (زوج‌سمان گرمسیری)، رشدی سریع، اما با تناوب دوره‌های تند و کند دارند. اما برعکس، بافت متخلخل استخوانی فقط در جانوران خونگرمی که رشد بسیار سریع دارند دیده می‌شود. دیرینه‌شناسان با بررسی همین موضوع متوجه شده‌اند که دایناسورها و بسیاری از خزندگان منقرض‌شده دیگر، از جمله تروسورها (خزندگان پروازگری که بال پوستی داشتند) و حتی خویشاوندان منقرض‌شده تمساح‌های امروزی، رشد سریعی داشته‌اند و بنابراین خونگرم بوده‌اند؛ برای اطلاعات بیشتر می‌توانید این مقاله (+) را درباره بافت‌شناسی استخوان در دایناسورها و خویشاوندان آن‌ها مطالعه کنید.
نسبت اکسیژن و دمای بدن
البته می‌توان از روش‌های دیگری هم برای تحقیق این موضوع استفاده کرد. مثلا نسبت همجاهای 18O و 16O در قسمت‌های مختلف سنگواره‌ای واحد، می‌تواند دمای بدن جانور را پیش از مرگ و توقف سوخت و ساز نشان دهد. بررسی نسبت این دو همجا (ایزوتوپ) اکسیژن تاکنون نشان داده دایناسورها و نیز خزندگان دریازی خونگرم بوده‌اند، زیرا دمای نقاط مختلف بدن آن‌ها، اعم از نقاط نزدیک به مرکز بدن و نقاط انتهای دم و اندام‌های حرکتی، یکسان بوده است.
دمای بدن جانداران خونگرم در سراسر بدن یکسان است؛ چون توانایی ایجاد گرمای بافتی، فارغ از فعالیت ماهیچه‌ای دارند. در جانوران خونسرد چنین نیست. مقداری گرما که به خاطر فعالیت ماهیچه‌ای و سوخت‌وساز اندک این جانوران تولید می‌شود، باعث می‌شود نواحی مرکزی بدن گرم‌تر از نواحی انتهایی اندام‌های حرکتی باشند.
بافت‌هایی از قبیل چربی قهوه‌ای که در بدن جانوران خونگرم یافت می‌شود، مسئول گرم‌نگه‌داشتن بدن هستند و همان‌طور که گفته شد، این بافت‌ها بی‌نیاز از فعالیت مکانیکی ماهیچه‌ها، مستقیما انرژی شیمیایی را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کنند و باعث می‌شوند دمای بدن، گرم‌تر از محیط اطراف بماند. این بافت در نوزاد انسان وجود دارد ولی در انسان، پس از مدت کوتاهی به شدت محدود می‌شود؛ شاید از آن رو که حیات انسان با رفتارهایی از قبیل پوشیدن لباس تطبیق یافته است. اما این بافت چربی قهوه‌ای تنها منبع گرم‌کردن بدن در جانداران نیست.
چه موجوداتی به جز پرندگان و پستانداران خونگرم هستند؟
همان‌طور که گفتیم اکنون می‌دانیم دایناسورها و نیز دست کم سه گروه دیگر از خزندگان منقرض‌شده (تروسورها، ایکتیوسورها و پلسیوسورها) خونگرم بوده اند. بنابراین نمی‌توان به راحتی گفت که تنها پستانداران و پرندگان خونگرم هستند، بلکه برخی از خزندگان نیز می‌توانند خونگرم شده باشند.
درحقیقت این موضوع که جانورانی خونسرد به مرور خونگرم شده باشند، اصلا عجیب نیست. نیاکان پرندگان و پستانداران خونگرم امروزی نیز، زمانی خونسرد بوده‌اند و به مرور خونگرم شده اند. اما آیا خزندگان یا موجودات خونگرم و نامتعارف دیگری نیز وجود دارند؟ چرا این موجودات خونگرم شده اند؟
یکی از فرضیات مهم درباره علت اصلی خونگرم شدن نیاکان پستانداران و چندین گروه مختلف از خزندگان خونگرم، مقاومت در برابر بیماری‌های قارچی است. نیاکان پستانداران احتمالا از حدود ۳۰۰ میلیون سال پیش خونگرم شده بودند و حدود پنجاه میلیون سال بعد از پستانداران، نیاکان نخستین خزندگان خونگرم (دایناسورها، تروسورها، ایکتیوسورها و پلسیوسورها) تکامل یافتند.
پرندگان بازماندگان نسل دایناسورهای خونگرم هستند. بنابراین می‌توان گفت طی ۳۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال پیش، چند گروه از مهره‌داران ناگهان شروع به خونگرم شدند کردند. چه بسا شیوع بیماری قارچی خطرناکی میان مهره‌داران خشکی‌زی، بخت بقای مهره‌داران خونگرم را افزایش داده باشد و موجب خونگرم شدن آن‌ها شده باشد. بررسی‌های بافتی نشان می‌دهد خویشاوندان و نیاکان تمساح‌ها نیز در این دوره خونگرم بوده‌اند و بعدها، تمساح‌های امروزی احتمالا دوباره خونسرد شده‌اند.
اما به جز این چند گروه، باز هم جانداران خونگرم دیگری هستند که به دلایل مختلف، سوخت و ساز بیشتر را برگزیده‌اند. در میان خزندگان امروزی برخی نمونه‌های بزرگ‌جثه از قبیل لاک‌پشت‌های پشت‌چرمی غول‌پیکر دریایی، تمساح‌های بزرگ و مارهای بزرگ‌جثه هستند که تنها با اتکا به فعالیت ماهیچه‌ای بدن خود را گرم می‌کنند و چون جثه بزرگی دارند، بنابراین نسبت سطح بدن به حجم بدن در آن‌ها نسبت به خویشاوندان کوچکترشان، بسیار کمتر است و گرمای کمتری از دست می‌دهند.
این خزندگان مثل جانوران خونگرم معمولی بدنی گرم و دمایی نسبتا ثابت دارند، گرچه نقاط مختلف بدن آن‌ها هم‌دما نیست، چون تنها عامل گرم‌ماندن بدن آن‌ها، جثه بزرگ و نسبت سطح به حجم پایین است (اصطلاحا جایگنتوترمیک Gigantothermic هستند). اما به جز این‌ها، سوسمار کوچکی به نام تگوی ابلق در آرژانتین زندگی می‌کند که با سازوکاری شبیه جانوران خونگرم، دمایی همیشه بالاتر از محیط اطراف دارند.
به جز اقسام مختلف خزندگان خونگرمی که نام بردیم، خوب است به ماهی‌های خونگرم هم اشاره کنیم. چند سال پیش در خبرگزاری‌های علمی صحبت از ماهی‌ای شد به نام ماه‌ماهی یا اوپا (Opah) که دانشمندان به‌تازگی فهمیده‌اند خونگرم است و بسیاری رسانه‌ها از این ماهی به عنوان «نخستین ماهی خونگرم» نام برده‌اند. این ماهی خونگرم است، یعنی خودش، خودش را گرم می‌کند و دمای بدنش را بالاتر از آب‌های سرد اطراف، ثابت نگه‌می‌دارد؛ اما این نخستین ماهی خونگرمی نیست که شناخته‌ایم.
ماهی تن، همان ماهی خوشمزه‌ای که نسلش را تا آستانه انقراض پیش‌برده‌ایم، نیزه‌ماهی، همان که پیرمرد در دریا صیدش کرد ولی کوسه‌ها خوردندش، و کوسه‌های لامنید (مثل کوسه سفید) درست با همین مکانیسمی که ماه‌ماهی خودش را گرم نگه‌می‌دارد، خونگرم محسوب می‌شوند.
همه این ماهی‌ها خونگرم شده‌اند تا بتوانند در آب‌های سرد و عمیق، فعال بمانند و شکارهای کرخت‌شده از شدت سرما را به راحتی صید کنند. به جز ماهی‌های خونگرم، حتی برخی حشرات هم نرخ سوخت‌وسازی چنان بالا دارند که می‌توان آن‌ها را نیز خونگرم به حساب آورد.
برخی بیدهای پشمالو، زنبورهای پشمالو و حتی زنبورهای عسل از این جمله‌اند. آن‌ها با فعالیت ماهیچه‌ای بدن خود را گرم و فعال نگاه می‌دارند و حتی می‌توانند دمای کندو را طی روزهای سرد زمستان، به اندازه دمای بدن جانوری خونگرم بالا ببرند. اما از همه جالب‌تر این است که خونگرم بودن ویژگی محدود به جانوران نیست؛ حتی برخی گیاهان نیز می‌توانند خونگرم باشند، به خصوص اگر به خانواده گل شیپوری تعلق داشته باشند.
کلم‌مرداب یا Symplocarpus foetidus، شیپور لاشه‌اسب یا Helicodiceros muscivorus، سیب‌زمینی فیلی یا Amorphophallus konjac، فیلودندرون برگ‌انجیری یا Philodendron bipinnatifidum و از همه مشهورتر گل لاشه یا Amorphophallus titanum، همگی از خانواده گل شیپوری یا آراسه‌ها (Araceae) هستند.
این گیاهان با همان سازوکار گرمازایی بافتی که در پستانداران و پرندگان دیده می‌شود، یعنی تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی گرمایی، روزگار می‌گذارنند. دلیل نیاز همه این گیاهان به سوخت‌وساز خونگرم مشخص نیست، اما دست‌کم می‌دانیم گل‌لاشه، با تقلید بو و دمای بدن لاشه جانوران تازه مرده، مگس‌ها را برای تغذیه فرامی‌خواند و به این ترتیب از مگس‌ها به عنوان گرده‌افشان کار می‌کشد.
همه این موارد نشان می‌دهد که سوخت و ساز خونگرم لزوما محدود به جانورانی مثل پستانداران و پرندگان نیست. به علاوه همه پستانداران را نمی‌توان همیشه خونگرم به شمار آورد. دمای بدن و سوخت‌وساز برخی پستانداران از جمله برخی خفاش‌ها در زمان استراحت و فعالیت تفاوت فاحش دارد یا در دوره‌هایی (خواب زمستانی) کاهش می‌یابد. به علاوه همان‌طور که گفته شد، نرخ رشد و سوخت‌وساز در برخی پستانداران (به ویژه اغلب زوج‌سمان و برخی گوشتخواران) در فصل زمستان (حتی در گونه‌های ساکن مناطق معتدل و گرمسیر) به قدری کاهش می‌یابد که حلقه‌های توقف رشد در استخوان‌های آن‌ها به جای می‌گذارد.
اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
- مجموعه آموزش‌های زیست‌شناسی
- آموزش جامع زیست‌شناسی دوم دبیرستان
- مجموعه آموزش‌های دروس رسمی دبیرستان و پیش‌دانشگاهی
- آنزیم چیست؟ — به زبان ساده
- فتوسنتز چیست؟ — به زبان ساده
^^
ممنون از به اشتراک گذاری این مطلب سودمند
ممنون بابت مقاله کامل و قابل فهمتون😀❤
درود. عالی بود
بسیار روان و مفید بود
عالی بود تشکر میکنم
عالی بود
با سپاس، بسیار آموزنده و مفید بود.