एंडोथर्म
| Thermoregulation in animals |
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एंडोथर्म, ऐसा जीव है जो अपने शरीर को चयापचयी रूप से अनुकूल तापमान पर बनाए रखता है, वह मुख्य रूप से परिवेशीय ऊष्मा पर निर्भर होने के अतिरिक्त अपने आंतरिक शारीरिक कार्यों द्वारा उत्पन ऊष्मा का उपयोग करके ऐसा करता है। इस प्रकार की आंतरिक रूप से उत्पन्न ऊष्मा मुख्य रूप से पशु के नियमित चयापचय का आकस्मिक उत्पाद है, परन्तु अत्यधिक ठंड या कम गतिविधि की स्थिति में एंडोथर्म विशेष रूप से ऊष्मा उत्पादन के लिए अनुकूलित विशेष विधि प्रारम्भ कर सकता है। उदाहरणों में विशेष कार्यात्मक मांसपेशीय परिश्रम जैसे कंपकंपी, एवं अयुग्मित ऑक्सीडेटिव चयापचय, जैसे भूरे वसा ऊतक के अंदर सम्मिलित हैं।
केवल पक्षी एवं स्तनधारी ही जानवरों के सार्वभौमिक रूप से एंडोथर्मिक समूह हैं। चूँकि, अर्जेंटीना के काले एवं सफेद टेगू, लेदरबैक समुद्री कछुआ, लैमनिड शार्क, टूना एवं बिलफिश,में पाए जाने वाले एवं ओपेरोफ्थेरा ब्रुमाटा भी एंडोथर्मिक हैं। स्तनधारियों एवं पक्षियों के विपरीत, कुछ सरीसृप, विशेष रूप से पाइथोनिडे एवं टेगू की कुछ प्रजातियों में मौसमी प्रजनन एंडोथर्मी होती है जिसमें वे केवल अपने प्रजनन के मौसम के समय एंडोथर्मिक होते हैं।
सामान्य भाषा में, एंडोथर्म को गर्म-रक्त वाले के रूप में जाना जाता है। एंडोथर्मी के विपरीत एक्टोथर्मी है, चूँकि सामान्यतः एंडोथर्म एवं एक्टोथर्म की प्रकृति के मध्य कोई पूर्ण या स्पष्ट भिन्नता नहीं है।
उत्पत्ति
ऐसा माना जाता है कि एंडोथर्मी की उत्पत्ति पर्मिअन काल के अंत में हुई थी[1]। वर्तमान में हुए अध्ययन में आधिपत्य किया गया है कि सिनैप्सिडा (स्तनधारी वंश) के अंदर एंडोथर्मी की उत्पत्ति स्तनधारी मोरफा के मध्य थी, जो लगभग 233 मिलियन वर्ष पूर्व लेट ट्राइसिक अवधि के समय कैलिब्रेट किया गया नोड था।[2]इसके अतिरिक्त अन्य अध्ययन ने तर्क दिया कि एंडोथर्मी केवल पश्चात में, मध्य जुरासिक क्राउन-समूह स्तनधारियों के मध्य प्रदर्शित हुआ।[3]
एंडोथर्मी के साक्ष्य बेसल सिनैप्सिड्स (प्लिकोसोर), परियासौर, मीनसरीसृप, प्लेसीओसौर, मोसासौर एवं बेसल आर्कोसौरोमोर्फा में पाए गए हैं।[4][5][6] यहां तक कि सबसे प्राथमिक एमनियोट्स भी एंडोथर्म हो सकते हैं।[4]
संरचना
ऊष्मा उत्पन करना एवं संरक्षण
कई एंडोथर्म में एक्टोथर्म की अपेक्षा में प्रति कोशिका (जीव विज्ञान) में माइटोकॉन्ड्रिया की अधिक मात्रा होती है। यह उन्हें वसा और शर्करा के चयापचय की दर को बढ़ाकर गर्मी उत्पन्न करने में सक्षम बनाता है। तदनुसार, अपने उच्च चयापचय को बनाए रखने के लिए, एंडोथर्मिक जानवरों को सामान्यतः एक्टोथर्मिक जानवरों की अपेक्षा में कई गुना अधिक भोजन की आवश्यकता होती है, एवं सामान्यतः चयापचय ईंधन की अधिक निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है।
कई एंडोथर्मिक जानवरों में, अल्प तपावस्था की नियंत्रित अस्थायी स्थिति शरीर के तापमान को परिवेशी स्तर तक गिरने की अनुमति देकर ऊर्जा का संरक्षण करती है। ऐसी अवस्थाएँ संक्षिप्त, नियमित सर्कैडियन लय हो सकती हैं जिन्हें टॉरपोर कहा जाता है, या वे बहुत लंबे समय, यहाँ तक कि मौसमी, चक्रों में भी हो सकते हैं जिन्हेंसीतनिद्रा कहा जाता है। कई छोटे पक्षियों (जैसे हमिंगबर्ड) एवं छोटे स्तनधारियों (जैसे टेनरेक्स) के शरीर का तापमान नाटकीय रूप से दैनिक निष्क्रियता के समय कम होता है, जैसे रात में दैनिक जानवरों में या दिन के समय रात में रहने वाले जानवरों में, इस प्रकार शरीर के तापमान को बनाए रखने की ऊर्जा कम हो जाती है। शरीर के तापमान में कम तीव्र रुक-रुक कर कमी अन्य बड़े एंडोथर्म में भी होती है; उदाहरण के लिए मानव चयापचय भी नींद के समय धीमा हो जाता है, जिससे मुख्य तापमान में सामान्यतः 1 डिग्री सेल्सियस के क्रम में गिरावट आती है। तापमान में अन्य परिवर्तन हो सकते हैं, सामान्यतः छोटे, या तो अंतर्जात या बाह्य परिस्थितियों या जोरदार परिश्रम के प्रतिक्रिया में, एवं या तो वृद्धि या गिरावट।[7]
आराम करने वाला मानव शरीर अपनी ऊष्मा का लगभग दो-तिहाई भाग छाती एवं पेट के साथ-साथ मस्तिष्क में आंतरिक अंगों में चयापचय के माध्यम से उत्पन्न करता है। मस्तिष्क शरीर द्वारा उत्पादित कुल ऊष्मा का लगभग 16% उत्पन्न करता है।[8]
ऊष्मा की कमी छोटे जीवों के लिए बड़ा खतरा है, क्योंकि उनके समीप सतह क्षेत्र से आयतन का अनुपात बड़ा होता है। छोटे गर्म रक्त वाले जानवरों में छाल या पंख के रूप में थर्मल इन्सुलेशन होता है। जलीय गर्म-रक्त वाले जानवर, जैसे कि पिनिपेड में सामान्यतः त्वचा के नीचे वसा की गहरी परतें होती हैं एवं उनके फर; दोनों उनके इन्सुलेशन में योगदान करते हैं। पेंगुइन के पंख एवं चर्बी दोनों होते हैं। पेंग्विन पंख स्केल जैसे होते हैं एवं इन्सुलेशन एवं सुव्यवस्थित करने के लिए कार्य करते हैं। एंडोथर्म जो बहुत ठंडी परिस्थितियों में रहते हैं या ऊष्मा के कमी की स्थिति में रहते हैं, जैसे कि ध्रुवीय जल, अद्भुत नेटवर्क होते हैं जो उष्मा का आदान प्रदान करने वाला के रूप में कार्य करते हैं। नसें गर्म रक्त से भरी धमनियों से सटी हुई हैं। कुछ धमनी ऊष्मा ठंडे ठंडे रक्त में प्रवाहित होती है एवं ट्रंक में वापस पुनर्नवीनीकरण की जाती है। पक्षी, विशेष रूप से जलचरों, के पैरों में प्रायः बहुत उच्च प्रकार से विकसित ताप विनिमय तंत्र होते हैं, वे शहंशाह पेंग्विन के पैरों में अनुकूलन का भाग होते हैं जो उन्हें अंटार्कटिक सर्दियों की बर्फ पर महीनों बिताने में सक्षम बनाते हैं।[9][10] ठंड के प्रतिक्रिया में, कई गर्म रक्त वाले जानवर भी ऊष्मा को कम करने के लिए वाहिकासंकीर्णन द्वारा त्वचा में रक्त के प्रवाह को कम कर देते हैं। परिणामस्वरूप, वे ब्लांच हो (पीले) हो जाते हैं।
अधिक ऊष्मा से बचाव
उष्णकटिबंधीय वर्षावन जलवायु में एवं समशीतोष्ण जलवायु ग्रीष्मकाल के समय, अतिताप (हाइपरथर्मिया) ठंड के समान ही बड़ा खतरा है। गर्म परिस्थितियों में, कई गर्म रक्त वाले जानवर हांफने से ऊष्मा के हानि को बढ़ाते हैं, जो सांस में पानी के वाष्पीकरण को बढ़ाकर एवं निस्तब्धता से जानवर को ठंडा करता है, जिससे त्वचा में रक्त का प्रवाह बढ़ जाता है जिससे ऊष्मा पर्यावरण में ऊर्जा का संचार करती है। मनुष्यों एवं घोड़ों सहित बाल रहित एवं छोटे बालों वाले स्तनधारियों को भी पसीना आता है, क्योंकि पसीने में पानी का वाष्पीकरण ऊष्मा को दूर करता है। हाथी अपने विशाल कान कोरेडियेटर के जैसे ऑटोमोबाइल में प्रयोग करके ठंडा रखते हैं। उनके कान पतले होते हैं एवं रक्त वाहिकाएं त्वचा के करीब होती हैं, एवं उनके ऊपर हवा का प्रवाह बढ़ाने के लिए अपने कानों को फड़फड़ाने से रक्त ठंडा हो जाता है, जिससे रक्त संचार प्रणाली के अन्य भागों से निकलने पर उनके शरीर का मुख्य तापमान कम हो जाता है।
एंडोथर्मिक चयापचय के पक्ष और विपक्ष
एक्टोथर्मी पर एंडोथर्मी का प्रमुख लाभ बाह्य तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रति संवेदनशीलता में कमी है। स्थान (एवं इसलिए बाह्य तापमान) के अतिरिक्त, एंडोथर्मी इष्टतम एंजाइम गतिविधि के लिए निरंतर कोर तापमान बनाए रखता है।
एंडोथर्म आंतरिक होमोस्टैटिक संरचना द्वारा शरीर के तापमान को नियंत्रित करते हैं। स्तनधारियों में, दो भिन्न-भिन्न होमोस्टैटिक संरचना थर्मोरेग्यूलेशन में सम्मिलित होते हैं संरचना शरीर के तापमान को बढ़ाता है, जबकि दूसरा इसे कम करता है। दो भिन्न-भिन्न संरचनाों की उपस्थिति बहुत उच्च स्तर का नियंत्रण प्रदान करती है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि स्तनधारियों को एंजाइम गतिविधि के लिए इष्टतम तापमान के जितना संभव हो उतना नियंत्रित किया जा सकता है।
जानवर के चयापचय की समग्र दर तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस (18 डिग्री फारेनहाइट) की वृद्धि के लिए लगभग दो गुना बढ़ जाती है, जो अतिताप से बचने की आवश्यकता तक सीमित होती है। एंडोथर्मी एक्टोथर्मी (शीत-रक्तता) की अपेक्षा अधिक गति प्रदान नहीं करता है एक्टोथर्मिक जानवर समान आकार के गर्म-रक्त वाले जानवरों के रूप में तीव्रता से आगे बढ़ सकते हैं एवं एक्टोथर्म के निकट या उसके इष्टतम तापमान पर निर्माण कर सकते हैं, परन्तु एंडोथर्म्स जितने लंबे समय तक उच्च चयापचय गतिविधि को बनाए नहीं रख सकते हैं। एंडोथर्मिक या होमोथर्मिक जानवर दिन एवं रात के मध्य तेज तापमान भिन्नता के स्थानों में दैनिक चक्र के समय अधिक सक्रिय रूप से सक्रिय हो सकते हैं एवं तापमान के महान मौसमी अंतर के स्थानों में वर्ष के समय अधिक सक्रिय होते हैं। यह निरंतर आंतरिक तापमान एवं अधिक भोजन की आवश्यकता को बनाए रखने के लिए अधिक ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है।[11]प्रजनन के समय एंडोथर्मी महत्वपूर्ण हो सकता है, उदाहरण के लिए, थर्मल रेंज का विस्तार करने में, जिस पर प्रजातियां पुनरुत्पादन कर सकती हैं, क्योंकि भ्रूण सामान्यतः थर्मल उतार-चढ़ाव के असहिष्णु होते हैं जो वयस्कों द्वारा सरलता से सहन किए जाते हैं।[12][13] एंडोथर्मी फंगल संक्रमण से भी सुरक्षा प्रदान कर सकता है। जबकि हजारों कवक प्रजातियां कीड़ों को संक्रमित करती हैं, केवल कुछ सौ लक्षित स्तनपायी, एवं प्रायः केवल सुलह प्रतिरक्षा प्रणाली वाले होते है। वर्तमान अध्ययन[14] परामर्श देते हैं कि कवक स्तनधारी तापमान पर पनपने के लिए मौलिक रूप से शक्तिहीन हैं। एंडोथर्मी द्वारा वहन किए गए उच्च तापमान द्वारा विकासवादी लाभ प्रदान किया जा सकता है।
एक्टोथर्म अपने शरीर का तापमान अधिकतर बाह्य ताप स्रोतों जैसे सूर्य के प्रकाश ऊर्जा के माध्यम से बढ़ाते हैं; इसलिए, वे परिचालन शरीर के तापमान तक पहुंचने के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों पर निर्भर करते हैं। एंडोथर्मिक जानवर अधिकतर चयापचय सक्रिय अंगों एवं ऊतकों (यकृत, गुर्दे, हृदय, मस्तिष्क, मांसपेशियों) या भूरे वसा ऊतक (बीएटी) जैसे विशेष ऊष्मा उत्पन करने वाले ऊतकों के माध्यम से आंतरिक ऊष्मा उत्पादन का उपयोग करते हैं। सामान्यतः, किसी दिए गए शरीर द्रव्यमान पर एंडोथर्म में एक्टोथर्म की अपेक्षा में उच्च चयापचय दर होती है। परिणाम के रूप में उन्हें उच्च भोजन सेवन दर की भी आवश्यकता होती है, जो एक्टोथर्म की अपेक्षा में एंडोथर्म की प्रचुरता को सीमित कर सकती है।
एक्टोथर्म शरीर के तापमान के नियमन के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों पर निर्भर करते हैं, वे सामान्यतः रात में एवं सुबह में अधिक सुस्त होते हैं जब वे पहली धूप में गर्म होने के लिए अपने आश्रय से निकलते हैं। इसलिए अधिकांश कशेरुकी एक्टोथर्म में खाने की गतिविधि दिन के समय (दैनिक गतिविधि स्वरूप) तक ही सीमित है। छिपकलियों में, उदाहरण के लिए, केवल कुछ प्रजातियों को रात्रिचर (जैसे कई जेकॉस) के रूप में जाना जाता है एवं वे अधिकतर 'सिट एंड वेट' फोर्जिंग रणनीतियों का उपयोग करते हैं जिन्हें सक्रिय फोर्जिंग के लिए आवश्यक शरीर के तापमान जितना अधिक तापमान की आवश्यकता नहीं होती है। एंडोथर्मिक कशेरुक प्रजातियां, इसलिए, पर्यावरणीय परिस्थितियों पर कम निर्भर हैं एवं उन्होंने अपने दैनिक गतिविधि स्वरूप में उच्च परिवर्तनशीलता (प्रजातियों के अंदर एवं दोनों के मध्य) विकसित की है।[15]
ऐसा माना जाता है कि मेसोज़ोइक काल में स्वसंरचनाता स्तनधारी प्रजातियों की विविधता के विकास में एंडोथर्मिया का विकास महत्वपूर्ण था। एंडोथर्मिया ने प्रारंभिक स्तनधारियों को छोटे शरीर के आकार को बनाए रखते हुए रात के समय सक्रिय रहने की क्षमता प्रदान की है। फोटोरिसेप्शन में अनुकूलन एवं आधुनिक यूथेरियन स्तनधारियों की विशेषता वाले यूवी संरक्षण के हानि को मूल रूप से रात्रिचर की जीवनशैली के अनुकूलन के रूप में समझा जाता है, यह परामर्श देते हुए कि समूह विकासवादी अड़चन (रात्रिचर अड़चन) से निकला है। यह दैनिक सरीसृपों एवं डायनासोरों के शिकारी दबाव से बचा जा सकता था, चूँकि कुछ शिकारी डायनासोर, समान रूप से एंडोथर्मिक होने के कारण, उन स्तनधारियों का शिकार करने के लिए रात्रिचर जीवन शैली को अपना सकते थे।[15][16]
ऐच्छिक एंडोथर्मी
कई कीट प्रजातियां व्यायाम का उपयोग करके परिवेश के तापमान के ऊपर वक्षीय तापमान बनाए रखने में सक्षम हैं। इन्हें वैकल्पिक या व्यायाम एंडोथर्म के रूप में जाना जाता है।[17] उदाहरण के लिए, मधुमक्खी अपने पंखों को हिलाए बिना प्रतिपक्षी उड़ान की मांसपेशियों को अनुबंधित करके ऐसा करती है (कीट थर्मोरेग्यूलेशन देखें)।[18][19][20] थर्मोजेनेसिस का यह रूप, चूँकि, केवल निश्चित तापमान सीमा से ऊपर ही प्रभावी होता है एवं 9–14 °C (48–57 °F) से नीचे, मधुमक्खी एक्टोथर्मी में परिवर्तित हो जाती है।[19][20][21]वैकल्पिक एंडोथर्मी को कई सांप प्रजातियों में भी देखा जा सकता है जो अपने अंडों को गर्म करने के लिए अपनी चयापचय ऊष्मा का उपयोग करते हैं। अजगर मोलुरस एवं मोरेलिया स्पिलोटा दो अजगर प्रजातियां हैं जहां मादा अपने अंडों को घेर लेती हैं एवं उन्हें सेने के लिए कांपती हैं।[22]
क्षेत्रीय एंडोथर्मी
मछली एवं सरीसृप की कई प्रजातियों सहित कुछ बाह्य उष्मीय को क्षेत्रीय एंडोथर्मी का उपयोग करते हुए प्रदर्शित किए गए हैं, जहां मांसपेशियों की गतिविधि के कारण कुछ भागों को शरीर के अन्य भागों की अपेक्षा में उच्च तापमान पर रहते है।[23] यह ठंडे वातावरण में उच्च गति एवं इंद्रियों के उपयोग की अनुमति देता है।[23]
थर्मोडायनामिक एवं जैविक पारिभाषिक के मध्य अंतर
ऐतिहासिक दुर्घटना के कारण, छात्र भौतिकी एवं जीव विज्ञान की पारिभाषिक के मध्य संभावित भ्रम के स्रोत का सामना करते हैं। किन्तु उष्मागतिक शब्द एक्ज़ोथिर्मिक एवं एन्दोठेर्मिक क्रमशः उन प्रक्रियाओं को संदर्भित करते हैं, जो ऊष्मा ऊर्जा प्रदान करते हैं एवं ऐसी प्रक्रियाएँ जो उष्मा ऊर्जा को अवशोषित करती हैं, जीव विज्ञान में अर्थ प्रभावी रूप से विपरीत हो जाता है। मेटाबोलिज्म शब्द एक्टोथर्म एवं एंडोथर्म क्रमशः उन जीवों को संदर्भित करते हैं, जो पूर्ण कार्य तापमान प्राप्त करने के लिए बाह्य ऊष्मा पर अधिक निर्भर करते हैं, एवं ऐसे जीवों के लिए जो अपने शरीर के तापमान को नियंत्रित करने में प्रमुख कारक के रूप में अंदर से ऊष्मा उत्पन करते हैं।[24]
यह भी देखें
- गर्म रक्त वाले
संदर्भ
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