Transcript טמפרטורה
אקולוגיה גורמים אביוטיים והתאמות אליהם: טמפרטורה נושאי השיעור השפעת הטמפרטורה על תהליכים בגוף החי אמיר ליצ'י פויקילותרמיים והומיאותרמיים ויסות הטמפרטורה בגוף התאמות לחיים בטמפרטורות קיצוניות – מעיינות חמים טמפרטורה ויצורים חיים לטמפרטורה יש השפעה על הפעילות האנזימתית: בטמפרטורה נמוכה ,תנועת המולקולות איטית ,והיא מגבילה את הפעילות האנזימטית. כאשר הטמפרטורות יורדות מתחת לאפס ,עלולים להיווצר בתאים גבישי קרח ,שיקרעו את הקרומים ויגרמו נזק או אפילו מוות. בטמפרטורה מיטבית (אופטימלית) ,דיפוזיית החומרים בתא מואצת וכן קצב התגובות האנזימטיות( .יש יותר התנגשויות אנזים-מצע). בטמפרטורה גבוהה ,מבנה החלבונים משתנה (דנטורציה) .דבר זה משבש את הפעילות האנזימטית ,פוגע במרכיבי התא ועלול לגרום נזק או אפילו מוות. טמפרטורה מיטבית קצב פעילות האנזים תהליכי חילוף החומרים ,המתרחשים בתאי הגוף ,מוגבלים לטווח הטמפרטורה שבו אנזימים יכולים לפעול בהצלחה. לכן ,אורגניזמים חיים יכולים להתקיים רק בטווח מוגבל של טמפרטורות. האנזים עובר דנטורציה טמפרטורה ()°C 2 שאלה 1 שאלה :1 כאשר הטמפרטורה של גוף האדם מתקרבת ל ,42°C-יש לנסות להוריד מיד את החום. מדוע חשוב להוריד את החום? א .חום גבוה עלול להפוך את כיוון התגובות האנזימטיות. ב .חום גבוה עלול לפגוע באנזימים ,ובשל כך ישובשו תהליכים חיוניים בתא. ג .חום גבוה עלול להגביר את פירוק הסוכר בדם ,ובשל כך תרד רמת הסוכר בדם. ד .חום גבוה עלול להגביר את פירוק הגליקוגן שבכבד ,ובשל כך תרד רמת הסוכר בדם. 3 3 תשובה שאלה :1 כאשר הטמפרטורה של גוף האדם מתקרבת ל ,42°C-יש לנסות להוריד מיד את החום. מדוע חשוב להוריד את החום? א .חום גבוה עלול להפוך את כיוון התגובות האנזימטיות. ב .חום גבוה עלול לפגוע באנזימים ,ובשל כך ישובשו תהליכים חיוניים בתא. ג .חום גבוה עלול להגביר את פירוק הסוכר בדם ,ובשל כך תרד רמת הסוכר בדם. ד .חום גבוה עלול להגביר את פירוק הגליקוגן שבכבד ,ובשל כך תרד רמת הסוכר בדם. תשובה: משפט ב'. 4 4 בעלי חיים פויקילותרמיים והומותרמיים בעלי חיים נבדלים זה מזה ביכולתם לווסת את טמפרטורת הגוף ,והם נחלקים לשתי קבוצות: פויקילותרמיים (אקטותרמיים) בעלי חיים שאין בגופם מנגנונים משוכללים לוויסות הטמפרטורה .לכן ,טמפרטורת גופם משתנה ,והיא מושפעת מטמפרטורת הסביבה. הם מווסתים במידה כלשהי את טמפרטורת גופם בעיקר באמצעות מנגנונים התנהגותיים. קצב חילוף החומרים שלהם ִאטי והם מייצרים מעט חום מטבולי .מכיוון שמקור החום העיקרי שלהם הוא חיצוני הם נקראים אקטוטרמיים. (אקטו=חיצוני ,תרמי=חום). בקבוצה זו נכללים כל חסרי החוליות, הדגים ,הדו־חיים והזוחלים. דוגמה לפויקילותרמיים :זיקית (זוחל) ודג אמנון. הומותרמיים (אנדותרמיים) בעלי חיים שבגופם יש מנגנונים משוכללים לוויסות הטמפרטורה .לכן ,טמפרטורת גופם קבועה. קצב חילוף החומרים שלהם מהיר והם מייצרים חום מטבולי רב ,המספק אנרגיה לחימום הגוף. מכיוון שמקור החום העיקרי שלהם הוא פנימי, הם נקראים אנדוטרמיים (אנדו=פנימי ,תרמי=חום). בקבוצה זו נכללים העופות והיונקים (ובכללם גם האדם). דוגמה להומאותרמיים :ארנבת (יונק) וגִ בתון (עוף). 5 5 שאלה 2 שאלה :2 אצל איזה מבעלי החיים הבאים ,תושפע טמפרטורת הגוף במידה הרבה ביותר מירידת טמפרטורת הסביבה ל?10°C - א .אדם. ב .תרנגולת. ג .עכבר. ד .לטאה. 6 6 תשובה שאלה :2 אצל איזה מבעלי החיים הבאים ,תושפע טמפרטורת הגוף במידה הרבה ביותר מירידת טמפרטורת הסביבה ל?10°C - א .אדם. ב .תרנגולת. ג .עכבר. ד .לטאה. תשובה: משפט ד'. הסבר: הלטאה היא פויקילותרמית ,ולכן טמפרטורת גופה משתנה לפי שינוי טמפרטורת הסביבה, ואילו שאר האורגניזמים הם הומיאותרמיים (אדם ועכבר שייכים למחלקת היונקים ,תרנגולת שייכת למחלקת העופות) ,שישמרו על טמפ' גוף קבועה למרות הירידה בטמפרטורת הסביבה. 7 7 שאלה 3 שאלה :3 דג הוא יצור פויקילותרמי (אקטותרמי). איזו מהעקומות א-ד שלפניכם עשויה לתאר נכון את טמפרטורות הגוף של דג בטמפרטורות שונות של הסביבה החיצונית? א .עקומה א. ב .עקומה ב. ג .עקומה ג. ד .עקומה ד. 8 8 תשובה שאלה :3 דג הוא יצור פויקילותרמי (אקטותרמי). איזו מהעקומות א-ד שלפניכם עשויה לתאר נכון את טמפרטורות הגוף של דג בטמפרטורות שונות של הסביבה החיצונית? א .עקומה א. ב .עקומה ב. ג .עקומה ג. ד .עקומה ד. תשובה: משפט ג'. הסבר: דגים הם יצורים פויקילותרמיים .בגופם אין מנגנונים המסייעים לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה ,ולכן טמפרטורת גופם דומה לטמפרטורת הסביבה. 9 9 מנגנונים לשמירת על טמפרטורת גוף קבועה – מבניים ופיזיולוגיים לבעלי החיים ההומותרמיים יש שכבות מבודדות (פרווה ,שומן תת־עורי ,נוצות) המסייעות לשמור על חום הגוף בסביבה קרה( .אלו הם מנגנונים מבניים). נוסף על כך ,כאשר טמפרטורת הסביבה עולה או יורדת ,מנגנונים פיזיולוגיים המסייעים לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה מופעלים. המנגנונים לשמירת טמפרטורת גוף קבועה באדם: בתנאי חום או פעילות גופנית: בתנאי קור: הזעה אידוי הזיעה גורם לאיבוד חום מן הגוף. רעידה בתהליך הרעידה ובתהליך הנשימה התאית בתאי השרירים נפלט חום. הרחבת כלי הדם ההיקפיים דם רב יותר זורם בקרבת העור ,וחום עובר ממנו אל האוויר. צמצום כלי הדם ההיקפיים פחות דם זורם בקרבת העור ,ולכן הפסד החום לסביבה מופחת. DWaschnig/shutterstock.com Ryan JorgensenJorgo/shutterstock.com 10 10 עוד מנגנונים לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה יש בעלי חיים שאינם מזיעים ,והם מקררים את גופם בדרכים אחרות: הלחתה איבוד חום באמצעות נידוף מים מן הלשון וממערכת הנשימה .ראו סרטון של כלב מלחית. הלחתה אופיינית לכלבים ולעופות. Photo perso at Wikimedia Commons פילים אינם מזיעים .הם מקררים את גופם באמצעות נפנוף אוזניהם הגדולות .נפנוף האוזניים גורם להזרמת אוויר קר לקרבת העור ,וכך חום רב יותר מועבר מן הגוף לסביבה. האוזניים גדולת ודקות ,ויש בהן רשת ענפה של כלי דם .בשל שטח הפנים הגדול של האוזניים נוצר הפסד חום מן הדם הזורם בכלי הדם הרבים אל האוויר .הדם הנכנס לאוזן יכול להצטנן בכ־.5.50 ראו סרטון. 11 11 מנגנונים התנהגותיים לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה מנגנונים התנהגותיים בעלי חיים מווסתים את טמפרטורת גופם גם באמצעות מנגנונים התנהגותיים כגון: פעילות בשעות היום או בשעות הלילה ,מעבר לאזור חם יותר או קר יותר ,חשיפה לשמש או הסתתרות בצל. אוריה שחק התנשמת פעילה בעיקר בלילה. הירבוע (מכרסם מדברי) פעיל בלילה הקריר וביום הוא מסתתר במחילה ,שחפר באדמה .ראו סרטון על מכרסם בתוך מחילה. בעלי החיים הפויקילותרמיים מווסתים במידה כלשהי את טמפרטורת גופם באמצעות מנגנונים התנהגותיים .זה המנגנון העיקרי לוויסות טמפרטורת הגוף שלהם. David Gunn Daviegunn at Wikimedia Commons החרדון חושף את גופו לשמש בזווית המאפשרת קליטת חום מרבית .כמו כן הוא קולט חום מן הסלעים החמים. 12 ראו סרטון. 12 מדוע מכת חום מסוכנת? עליית טמפרטורת הגוף מעל ל 42-מעלות גורמת למוות. להלן סיפור על אירוע מותם הטרגי של שני חיילי סיירת מטכ"ל ,ערן עופר ז"ל וירון בר דור ז"ל ,הקשור לעליית טמפרטורת הגוף: ביום ראשון 24ביוני 1992יצאו חיילים מסיירת מטכ"ל לאימון באזור אילת .באותו יום נרשמה באילת טמפרטורה של 45מעלות בצל! במהלך האימון ,התמוטט החייל ערן עופר .חברו מחוליה אחרת ,ירון בר דור ,הוזעק כדי להגיש לו עזרה .ירון רץ ,הגיע אל ערן ,החדיר לוורידיו שני עירויים ,ולהפתעת הנוכחים, התמוטט גם הוא. בהמשך היום נקבע מותם של שני החיילים ממכת חום .לא מהתייבשות ,אלא ממכת חום. גופם לא סבל ממחסור בנוזלים ,אך כמות החום בגופם הייתה גדולה (החום שנוצר בשרירים והחום שעבר מהסביבה החמה אל הגוף) מן הכמות שהגוף יכול לפזר. מדוע עליית טמפרטורת הגוף מעל ל 42-מעלות היא כה מסוכנת? עליית הטמפרטורה גורמת לדנטורציה של החלבונים בגוף .שינוי המבנה המרחבי גורם להפסקת תפקודם של החלבונים (האנזימים ,חלבוני ההעברה ועוד) ולפגיעה בתפקוד התאים. כלומר ,בתנאים קיצוניים מאד ,פעולת המנגנונים לשמירת ההומיאוסטזיס אינה מספיקה על מנת לשמור על טמפרטורת גוף תקינה .על כן יש להימנע ממצבים כאלה. 13 13 היתרונות בהומותרמיות היתרונות בהומותרמיות יכולת לפעול בסביבה חמה מאוד או קרה מאוד. יכולת לפעול ביום ובלילה ,בקיץ ובחורף. "המחיר" בעלי חיים הומותרמיים צריכים לאכול כמויות מזון גדולות הרבה יותר מבעלי חיים פויקילותרמיים ,מכיוון שהם צריכים לקיים קצב חילוף חומרים (מטבוליזם) גבוה (פי 10–30מן הפויקילותרמיים) .בתהליכים המטבוליים נפלט חום שהוא מקור החום בגוף. ( ִחשבו כמה אנרגיית חשמל נדרשת על מנת לשמור ְמכַל מלא מים בגודל גוף האדם, בטמפרטורה של .)!!370C ©U.S. Fish and Wildlife Service דוב לבן יכול להתקיים בסביבה קרה מאוד. בעל חיים פויקילותרמי היה קופא בסביבה זו. 14 14 שאלה 4 שאלה :4 כאשר אדם נמצא במקום קר ,צבע עורו חיוור יותר מצבע עורו כאשר הוא במקום חם. כיצד אפשר להסביר זאת? א .רעד הגוף גורם לעור להחוויר. ב .בסביבה חמה יש יותר כלי דם בעור. ג .בסביבה חמה זרימת הדם מהירה יותר מזרימתו בסביבה קרה. ד .בסביבה קרה מצטמצמת זרימת הדם אל העור. 15 תשובה שאלה :4 כאשר אדם נמצא במקום קר ,צבע עורו חיוור יותר מצבע עורו כאשר הוא במקום חם. כיצד אפשר להסביר זאת? א .רעד הגוף גורם לעור להחוויר. ב .בסביבה חמה יש יותר כלי דם בעור. ג .בסביבה חמה זרימת הדם מהירה יותר מזרימתו בסביבה קרה. ד .בסביבה קרה מצטמצמת זרימת הדם אל העור. תשובה: משפט ד'. 16 שאלה 5 שאלה :5 עכבר הושם בכלוב שהטמפרטורה בו היא .30°Cאם לאחר זמן-מה תרד הטמפרטורה בכלוב ל ,5°C -מה יקרה לשיעור הנשימה התאית בגופו של העכבר? א .יֵרד ,כי קצב פעילות האנזימים בגופו י ַָרד. ב .יֵרד ,כי טמפרטורת גופו ירדה. ג .יעלה ,כי העכבר ישתמש ביותר אנרגיה כדי לשמור על חום גופו. הומיאותרמי (אנדותרמי). ֵ ד .לא ישתנה ,כי העכבר הוא יצור 17 תשובה שאלה :5 עכבר הושם בכלוב שהטמפרטורה בו היא .30°Cאם לאחר זמן-מה תרד הטמפרטורה בכלוב ל ,5°C -מה יקרה לשיעור הנשימה התאית בגופו של העכבר? א .יֵרד ,כי קצב פעילות האנזימים בגופו י ַָרד. ב .יֵרד ,כי טמפרטורת גופו ירדה. ג .יעלה ,כי העכבר ישתמש ביותר אנרגיה כדי לשמור על חום גופו. הומיאותרמי (אנדותרמי). ֵ ד .לא ישתנה ,כי העכבר הוא יצור תשובה: משפט ג'. עקב הירידה בטמפרטורת הסביבה והגברת איבוד החום לסביבה ,העכבר יתחיל לרעוד. בתהליך הרעידה בתאי השרירים נפלט חום המחמם את הגוף .קצב הנשימה בתאי השרירים יעלה על מנת לספק אנרגיה (האגורה ב )ATP-לתהליך הרעידה. 18 שאלה 6 שאלה :6 בעל חיים הומיאותרמי ובעל חיים פויקילותרמי נמצאים בטמפרטורת סביבה מיטבית (אופטימלית) עבורם .מה יקרה לקצב חילוף החומרים אצל כל אחד מבעלי החיים האלה ,אם טמפרטורת הסביבה תרד במידה ניכרת? הסבירו את תשובתכם. תזכורת: חילוף חומרים (מטבוליזם) הוא כלל התהליכים האנזימטיים המתרחשים בגוף והכוללים תהליכי הרכבה ,פירוק ושינוי. 19 תשובה שאלה :6 בעל חיים הומיאותרמי ובעל חיים פויקילותרמי נמצאים בטמפרטורת סביבה מיטבית (אופטימלית) עבורם .מה יקרה לקצב חילוף החומרים אצל כל אחד מבעלי החיים האלה ,אם טמפרטורת הסביבה תרד במידה ניכרת? הסבירו את תשובתכם. תשובה: בעת ירידה בטמפרטורת הסביבה ,קצב חילוף החומרים בבעל חיים הומיאותרמי יעלה .כפי שהסברנו בשאלה הקודמת ,בעל החיים ירעד ,וכך ייווצר בגוף חום רב יותר ,שיאפשר לשמור על טמפרטורת גוף קבועה .קצב הנשימה התאית ,שהוא אחד מתהליכי חילוף החומרים החשובים ,יגדל ,וכך יספק אנרגיה לרעידה. ואילו אצל פויקילותרמי ,טמפרטורת הגוף תרד בעקבות התקררות הסביבה ,וכתוצאה מכך גם קצב הפעילות האנזימתית יקטן (פחות התנגשויות אנזים-מצע) .תהליכי חילוף החומרים הם תהליכים אנזימתיים ,כלומר ,קצב חילוף החומרים יקטן. 20 שאלה 7 שאלה :7 איזה תהליך אצל יונקים מסייע לשחרור חום מהגוף לסביבה? א .סימור שערות. ב .כיווץ שרירים. ג .הזרמת דם רב לעור. ד .הגברת הפעילות המטבולית. 21 תשובה שאלה :7 איזה תהליך אצל יונקים מסייע לשחרור חום מהגוף לסביבה? א .סימור שערות. ב .כיווץ שרירים. ג .הזרמת דם רב לעור. ד .הגברת הפעילות המטבולית. תשובה: משפט ג'. הסבר: הזרמת דם רב לעור ,מסייעת לשחרור טמפרטורה מן הגוף ,כי הדם מסיע חום מן החלקים הפנימיים של הגוף .חום זה יכול להשתחרר אל הסביבה דרך העור. סימור הנוצות מקטין את שחרור החום מהגוף ,כי האוויר הנכלא בין הנוצות הסמורות הוא מבודד היטב חום. כיווץ השרירים גורם לרעידות ,אשר מגבירות את יצירת החום בגוף. גם הגברת הפעילות המטבולית מגבירה את יצירת החום בגוף ,בגלל התגברות קצב הנשימה. 22 שאלה 8 שאלה :8 בטבלה רשומים תהליכים או מבנים שמווסתים את טמפרטורת הגוף ביונקים סמנו + במקומות המתאימים: מגדילים את איבוד החום מהגוף מקטינים את איבוד החום מהגוף מגבירים את ייצור החום בגוף מקטינים את ייצור החום בגוף עלייה בחילוף החומרים רעידה הזעה הרחבת כלי דם היקפיים הצרת כלי דם היקפיים סימור הפרווה שכבות שומן כסות נוצות (בעופות) 23 תשובה שאלה :8 בטבלה רשומים תהליכים או מבנים שמווסתים את טמפרטורת הגוף ביונקים סמנו + במקומות המתאימים: מגדילים את איבוד החום מהגוף מקטינים את איבוד החום מהגוף מגבירים את ייצור החום בגוף עלייה בחילוף החומרים + רעידה + הזעה + הרחבת כלי דם היקפיים + הצרת כלי דם היקפיים + סימור הפרווה + שכבות שומן + כסות נוצות + מקטינים את ייצור החום בגוף 24 השרת עלים:התאמה לתנאי טמפרטורה קרה בצמחים השרת עלים היא אחת מההתאמות של עצים לתנאי חורף קשים Zlatan.Zlatanov<http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Zlatanov&action=edit&redlink=1> (Wikimedia commons 25 25 שאלה :9הקשר בין גודל הגוף ובין וויסות טמפרטורת הגוף שאלה :9 התן וגרביל החוף שייכים למחלקת היונקים .היונקים (וגם העופות) הם בעלי חיים הומאותרמיים ,שטמפרטורת גופם קבועה .בדרך כלל טמפרטורת האוויר נמוכה מטמפרטורת הגוף של הגרביל והתן ,ולכן הם מאבדים חום מגופם אל האוויר (כפי שקורה לספל קפה שמתקרר) .איזו חיה תאבד יותר חום לסביבה (ביחס לאותה יחידת נפח) ,הגרביל או התן? חום חום ד"ר ירון זיו – אוניברסיטת בן גוריון © גרביל חוף © U.S. Fish and Wildlife Service תן זהוב 26 תשובה :ככל שהגוף קטן יותר היחס בין שטח הפנים לנפח גדול יותר ד"ר ירון זיו – אוניברסיטת בו-גוריון © גרביל חוף תשובה: הגרביל מאבד לסביבה יותר חום (ביחס לאותה יחידת נפח) מאשר התן ,מכיוון שהיחס שטח פנים/נפח שלו גדול יותר .אבדן החום מהגרביל ,גדול מאבדן החום מחלק בעל נפח דומה בגוף התן .אצל התן יש אזור פנימי יותר גדול שכלל אינו בא במגע עם הסביבה. 27 שאלה 10 שאלה :10 החום הנפלט מפירוק חומרי המזון בתהליך הנשימה התאית ,הוא מקור החום בגוף* .חום זה מפצה על הפסד החום מן הגוף לסביבה ועוזר בשמירת טמפרטורת גוף קבועה. א .לדעתכם ,מי אוכל כמויות גדולות יותר של מזון ביחס ליחידת נפח ,הגרביל או התן? ב .היונק הקטן ביותר העולם הוא חדף ,אורך גופו הוא כ 7-ס"מ .שערו מדוע אין יונקים קטנים יותר ,לדוגמה ,בגודל של נמלה? Ltshears at Wikimedia commons * לעתים יש מקור חום נוסף :במקרים שבהם טמפרטורת האוויר גבוהה מטמפרטורת הגוף, יש מעבר של חום מן הסביבה אל גוף .ואולם בדרך כלל ,טמפרטורת הגוף גבוהה מטמפרטורת הסביבה ,ולכן יש הפסד חום מן הגוף אל הסביבה. 28 28 תשובה שאלה :10 החום הנפלט מפירוק חומרי המזון בתהליך הנשימה התאית ,הוא מקור החום בגוף* .חום זה מפצה על הפסד החום מן הגוף לסביבה ועוזר בשמירת טמפרטורת גוף קבועה. א .לדעתכם ,מי אוכל כמויות גדולות יותר של מזון ביחס ליחידת נפח ,הגרביל או התן? ב .היונק הקטן ביותר העולם הוא חדף ,אורך גופו הוא כ 7-ס"מ .שערו מדוע אין יונקים קטנים יותר ,לדוגמה ,בגודל של נמלה? תשובה: א .הגרביל ,המאבד יחסית חום רב לסביבה ,מקיים קצב נשימה תאית גבוה במיוחד ,ומקצת החום המשתחרר מן הנשימה התאית מנוצל לחימום הגוף .לשם קיום קצב נשימה תאית גבוה ,עליו לאכול כמויות מזון גדולות .לעומתו ,התן המאבד פחות חום לסביבה ,מקיים קצב נשימה תאית קטן יותר ,ולכן זקוק לפחות מזון (ביחס ליחידת נפח). ב .יונק בגודל נמלה היה מאבד יחסית חום רב כל כך לסביבה ,שגם אם היה מקיים קצב נשימה תאית מקסימלי ,כמות החום שהייתה משתחררת בנשימה התאית ,לא הייתה משתווה לכמות החום שהוא היה מאבד לסביבה ,ועל כן הוא לא היה מצליח לשמור על טמפרטורת גוף קבועה. החדף כמעט שאינו ישן ועסוק בחיפוש מתמיד של מזון .ראו סרטון. 29 29 שאלה 11 שאלה :11 א .מדוע לעיתים החתול מצטנף ככדור בחורף? ומדוע הוא משתרע בכל אורכו על הרצפה בקיץ? ב .למי קשה יותר לשמור על טמפ' גוף קבועה לתינוק או לנער? 30 30 תשובה שאלה :11 א .מדוע לעיתים החתול מצטנף ככדור בחורף? ומדוע הוא משתרע בכל אורכו על הרצפה בקיץ? ב .למי קשה יותר לשמור על טמפ' גוף קבועה לתינוק או לנער? תשובה: א .בחתול המצונף היחס שטח פנים החשוף לסביבה/נפח קטן ,ולכן קטן איבוד החום לסביבה. וההיפך לגבי החתול המשתרע. ב .לתינוק קשה יותר לשמור על טמפרטורת גוף קבועה מכיוון שהוא קטן בממדיו ולכן היחס שטח פנים/נפח שלו גדול והוא מאבד באופן יחסי יותר חום לסביבה מאשר הנער ,ולכן יש צורך להגן עליו בעזרת לבוש מתאים ,וחימום הסביבה בה הוא נמצא. 31 31 שאלה 12 שאלה :12 אם משווים שועל שחי באזורים דרומיים חמים לשועל שחי באזורים צפוניים קרים, אפשר לצפות שהשועל החי בדרום יהיה: א .בעל אוזניים גדולות ופעיל בלילה. ב .בעל אוזניים גדולות ופעיל ביום. ג .בעל אוזניים קטנות ופעיל בלילה. ד .בעל אוזניים קטנות ופעיל ביום. 32 32 תשובה שאלה :12 אם משווים שועל שחי באזורים דרומיים חמים לשועל שחי באזורים צפוניים קרים, אפשר לצפות שהשועל החי בדרום יהיה: א .בעל אוזניים גדולות ופעיל בלילה. ב .בעל אוזניים גדולות ופעיל ביום. ג .בעל אוזניים קטנות ופעיל בלילה. ד .בעל אוזניים קטנות ופעיל ביום. Yonidebestויקיפיה העברית שועל הפנק המדברי Le Grand Nord canadien שועל השלג תשובה :משפט א' הסבר :האוזניים מכילות כלי דם המצויים קרוב לעור .כאשר הדם זורם בכלי הדם באוזניים ,חום עובר מן הדם אל האוויר .האוזניים הגדולות מאפשרות לשועל המדברי לפזר עודפי חום דרך זו של מעבר חום לסביבה מתאימה לבעלי חיים מדבריים כי היא חסכונית יותר מבחינת משק המים לעומת הפסד חום באמצעות אידוי מים מהגוף. אצל השועל הצפוני האוזניים הקטנות מסייעות בהקטנת איבוד החום לסביבה. 33 התאמות לסביבות חיים קיצוניות :מעיינות חמים במעיינות חמים שטמפרטורת המים בהם יכולה להגיע עד 80מעלות ואף יותר ,חיים חיידקים. בטמפרטורות אלו מרבית החלבונים עוברים דנטורציה (הרס המבנה המרחבי). ואולם ,לחלבונים של החיידקים האלה ,יש מבנה מרחבי מיוחד שנשמר ואינו עובר דנטורציה גם בטמפרטורות גבוהות. כמו כן ,הרכב החומרים השומניים המרכיבים את קרום התא שלהם שונה ,ולכן הקרום אינו ניתך בטמפרטורות גבוהות. חיידקים אלו נקראים חיידקים "אוהבי חום" (תרמופילים). גם בחיידקים החיים במעיינות חמים ,קיים אנזים המזרז שכפול של ,DNAכמו בכל יצור חי. אולם ,בחיידקים אלה אנזים זה פועל בטמפרטורה גבוהה. גילוי האנזים גרם למהפכה בביוטכנולוגיה – משתמשים בו בשיטה המכונה ,PCRהמאפשרת לשכפל, בצורה יעילה ,כמויות גדולות של DNAגם מכמות קטנה ביותר. מעיינות חמים בפארק יילוסטון בארה"ב 34 34 מעיינות חמים:התאמות לסביבות חיים קיצוניות חיידקים תרמופיליים (בצבע ירוק) במעיינות חמים בפארק יילוסטון בארה"ב 35 Wing-Chi Poon<http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Wingchi>, Wikimedia commons<http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Colourful_Thermophilic_Archaebacteria_Stain_in_Midway_Geyser_Basin.jpg>, CC BY-SA 2.5<http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/deed.en> 35 שאלה 13 שאלה :13 באיור שלפניכם מוצג קצב הגידול של חמישה מיני חיידקים ,החיים בטווחי טמפרטורה שונים. א .מיהם החיידקים אוהבי החום (הטרמופילים)? ב .אם יעבירו חיידקים ממין 2לסביבת החיים של החיידקים ממין 5הם ימותו. הסבירו מדוע. 36 36 תשובה שאלה :13 באיור שלפניכם מוצג קצב הגידול של חמישה מיני חיידקים ,החיים בטווחי טמפרטורה שונים. א .מיהם החיידקים אוהבי החום (הטרמופילים)? ב .אם יעבירו חיידקים ממין 2לסביבת החיים של החיידקים ממין 5הם ימותו. הסבירו מדוע. תשובה: א .מינים 4ו 5-הם אוהבי חום. ב .החיידקים ימותו כי החלבונים שלהם יעברו דנטורציה ,וקרומי תאיהם יותכו. 37 37 סיכום :טמפרטורה לטמפרטורה יש השפעה על הפעילות האנזימתית :בטמפרטורות נמוכות קצב הפעילות נמוך מכיוון שתנועת המולקולות איטית ויש פחות התנגשויות אנזים-מצע .טמפרטורות גבוהות מדי גורמות לשינוי במבנה המרחבי של החלבונים (דנטורציה) ,ולפגיעה בפעילותם, ולכן ,תהליכי חילוף החומרים ,המתרחשים בתאי הגוף ,מוגבלים לטווח הטמפרטורה שבו אנזימים יכולים לפעול בהצלחה. בעלי החיים נחלקים לשתי קבוצות מבחינת ויסות טמפרטורת הגוף: פויקילותרמיים חסרי מנגנונים משוכללים לוויסות הטמפרטורה ,ולכן טמפרטורת גופם אינה קבועה ותלויה בסביבה .טמפרטורת גופם נשמרת בטווח ערכים כלשהו בעיקר הודות למנגנונים התנהגותיים. הומאותרמיים (עופות ויונקים) ,בעלי מנגנונים משוכללים לוויסות הטמפרטורה ולכן טמפרטורת גופם קבועה. 38 המשך סיכום :טמפרטורה המנגנונים לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה הם: מבניים (שכבות בידוד :שומן ,פרווה ,נוצות). פיזיולוגיים :הזעה ,הלחתה ,רעידה ,שינוי קצב המטבוליזם. התנהגותיים :כגון שינוי שעות פעילות ומידת החשיפה לשמש. כמה מיני יונקים ועופות החיים באזורים מושלגים שוקעים בתרדמת חורף (חריפה). בתקופה זו טמפרטורת גופם וקצב המטבוליזם יורדים לערכים נמוכים מאוד. יתרונות ההומותרמיות היא יכולת לחיות באזורים קרים ולפעול בתקופות קרות. בעלי החיים ההומותרמיים מקיימים קצב חילוף חומרים (מטבוליזם) גבוה ,ולכן עליהם לאכול כמויות מזון גדולות .החום הנפלט בתהליכי חילוף החומרים מחמם את הגוף. ככל שבעל חיים קטן יותר ,הוא מאבד חום לסביבה (יחסית ליחידת נפח) יותר מבעל חיים גדול ,ולכן לבעלי חיים גדולים יש יתרון באזורים קרים. במעיינות מים חמים חיים חיידקים תרמופיליים בעלי התאמות פיזיולוגיות לחיים בטמפרטורות גבוהות (לדוגמה :החלבונים שלהם עמידים לטמפרטורות גבוהות). 39 שאלות נוספות לתרגול :שאלה 14 שאלה :14 מהו ההסבר הסביר ביותר לעובדה שאין בעולם החי יונקים השוקלים פחות מגרם אחד? א .ליונק קטן כזה לא תוכל להיות מערכת חילוף גזים יעילה. ב .יונק קטן כזה יתקשה לשמור על טמפרטורת גופו. ג .אצל יונק קטן כזה שטח הפנים של הגוף יהיה קטן ביחס לנפחו. ד .יונק קטן כזה יהיה נתון לסכנת טריפה מתמדת. 40 40 תשובה שאלה :14 מהו ההסבר הסביר ביותר לעובדה שאין בעולם החי יונקים השוקלים פחות מגרם אחד? א .ליונק קטן כזה לא תוכל להיות מערכת חילוף גזים יעילה. ב .יונק קטן כזה יתקשה לשמור על טמפרטורת גופו. ג .אצל יונק קטן כזה שטח הפנים של הגוף יהיה קטן ביחס לנפחו. ד .יונק קטן כזה יהיה נתון לסכנת טריפה מתמדת. תשובה: משפט ב'. הסבר: ככל שהאורגניזם קטן יותר ,היחס בין שטח הפנים לנפח הגוף גדל (שטח הפנים גדול יותר ביחס לנפח) .במקרה כזה מעבר החום מן הגוף אל הסביבה הוא מהיר יותר .ולכן יהיה לו קשה יותר לשמור על טמפרטורת גוף קבועה .יונק שמשקלו פחות מגרם אחד ,לא יוכל לשרוד כי לא יצליח לווסת את טמפרטורת גופו. 41 41 שאלה 15 שאלה :15 א .בעקבות ריצה הגוף מתחמם ,וכלי הדם ההיקפיים מתרחבים .שינויים אלה בכלי הדם תורמים לשמירה על טמפרטורת גוף יציבה .הסבירו? ב .איזה מנגנון נוסף לשמירת ההומיאוסטזיס מופעל במצב זה? 42 42 תשובה שאלה :15 א .בעקבות ריצה הגוף מתחמם ,וכלי הדם ההיקפיים מתרחבים .שינויים אלה בכלי הדם תורמים לשמירה על טמפרטורת גוף יציבה .הסבירו? ב .איזה מנגנון נוסף לשמירת ההומיאוסטזיס מופעל במצב זה? תשובה: א .התרחבות כלי הדם ההיקפיים (הקרובים לעור) מסייעת למעבר של חום ,מן הגוף אל הסביבה .יותר דם זורם בקרבת העור ,ולכן יותר חום עובר מן הדם אל הסביבה הקרה יותר. ב .הזעה – התאדות הזיעה גורמת להתקררות הגוף. 43 43 שאלה 16 שאלה :16 באילו אזורים תצפו למצוא יותר מיני זוחלים באזורים הסמוכים לקוטב או באזורים טרופיים? 44 44 תשובה שאלה :16 באילו אזורים תצפו למצוא יותר מיני זוחלים באזורים הסמוכים לקוטב או באזורים טרופיים? תשובה: באזורים טרופיים ,כי הזוחלים הם פויקילוטרמים ,ולכן בסביבה קרה טמפרטורת גופם תרד ותשתווה לטמפרטורת הסביבה ,והם יקפאו וימותו. 45 45 שאלה 17 שאלה :17 מינים רבים של עופות החיים באזורים קרים ,נודדים בחורף לאזורים חמים יותר. הסבירו מדוע. להקות שקנאים בנדידה ד"ר נורית קינן © 46 46 תשובה שאלה :17 מינים רבים של עופות החיים באזורים קרים ,נודדים בחורף לאזורים חמים יותר .הסבירו מדוע. תשובה: העופות קטנים בממדיהם והיחס שטח פנים/נפח שלהם גדול ,ולכן הם מפסידים הרבה חום לסביבה (יחסית ליחידת נפח) ,והם יתקשו לשמור על טמפרטורת גוף קבועה( .העופות הם הומאוטרמיים) .בנוסף יש לזכור ,שבתנאים אלו יש להגביר את קצב הנשימה התאית כדי לייצר יותר חום ,ולשם כך נחוץ יותר מזון ,אולם שבעונת החורף ,כשהכל בחוץ מכוסה שלג ,יש פחות מזון זמין. 47 47 שאלה 18 שאלה :18 יש חיידקים החיים במעיינות חמים ,שטמפרטורת המים בהם מגיעה עד .90°C סביר להניח שאצל חיידקים אלה: א .בטמפרטורות גבוהות תגובות לא אנזימטיות מחליפות תגובות אנזימטיות. ב .יש אנזימים שפעילים בטמפרטורות גבוהות מאוד. ג .שטח הפנים גדול במיוחד ,ביחס לנפח. ד .יש דופן המונעת את התחממות פנים התא. 48 48 תשובה שאלה :18 יש חיידקים החיים במעיינות חמים ,שטמפרטורת המים בהם מגיעה עד .90°C סביר להניח שאצל חיידקים אלה: א .בטמפרטורות גבוהות תגובות לא אנזימטיות מחליפות תגובות אנזימטיות. ב .יש אנזימים שפעילים בטמפרטורות גבוהות מאוד. ג .שטח הפנים גדול במיוחד ,ביחס לנפח. ד .יש דופן המונעת את התחממות פנים התא. תשובה: משפט ב'. 49 49