ثابت الحرارة

الكائنات ذوات الدم الحار (من اليونانية ἔνδον بمعنى "داخل" و θέρμη بمعنى "حرارة") هي كائنات حية تحافظ على درجة حرارة جسمها عند مستوى ملائم لعمليات الأيض، وذلك بشكل أساسي عن طريق استخدام الحرارة المنبعثة من وظائفها الحيوية الداخلية بدلاً من الاعتماد كلياً على حرارة البيئة المحيطة. وتُعد هذه الحرارة المتولدة داخلياً نتاجاً ثانوياً لعمليات الأيض الروتينية للحيوان ، ولكن في ظروف البرد الشديد أو قلة النشاط، قد تلجأ هذه الكائنات إلى آليات خاصة مُكيَّفة خصيصاً لإنتاج الحرارة. ومن الأمثلة على ذلك الجهد العضلي ذو الوظيفة الخاصة، مثل الارتعاش ، وعمليات الأيض التأكسدي غير المقترنة ، كما هو الحال في النسيج الدهني البني .

تُعتبر الطيور والثدييات فقط من بين مجموعات الحيوانات ذات الدم الحار الحقيقية. مع ذلك، فإنّ سحلية التغو الأرجنتينية السوداء والبيضاء ، والسلاحف البحرية الجلدية الظهر ، وأسماك القرش اللامنية، وأسماك التونة ، وأسماك أبو سيف، والزيز ، وعث الشتاء ، تُصنّف ضمن الحيوانات متوسطة الحرارة . على عكس الثدييات والطيور، تمتلك بعض الزواحف، ولا سيما بعض أنواع الثعابين البايثون والتغو ، خاصية التكاثر الموسمي ذات الدم الحار، حيث تكون من ذوات الدم الحار فقط خلال موسم التكاثر .

في اللغة الدارجة، تُوصف ذوات الدم الحار بأنها " ذات دم دافئ ". وعكس ذوات الدم الحار هو ذوات الدم البارد ، على الرغم من أنه بشكل عام، لا يوجد فصل مطلق أو واضح بين طبيعة ذوات الدم الحار وذوات الدم البارد.

كان يُعتقد أن خاصية تنظيم درجة حرارة الجسم الداخلية قد نشأت قرب نهاية العصر البرمي ^{[ 1 ]} . زعمت إحدى الدراسات الحديثة أن أصل هذه الخاصية ضمن السنابسيدات (سلالة الثدييات) كان بين الثدييات الحقيقية ، وهي مجموعة تم تحديدها خلال العصر الترياسي المتأخر ، قبل حوالي 233  مليون سنة. ^{[ 2 ]} في المقابل، جادلت دراسة أخرى بأن هذه الخاصية لم تظهر إلا لاحقًا، خلال العصر الجوراسي الأوسط ، بين الثدييات الحديثة. ^{[ 3 ]}

وُجدت أدلة على وجود دواعم حرارية في الزواحف الثديية القاعدية (" البيليكوصورات ")، والبارياسورات ، والإكثيوصورات ، والبليزوصورات ، والموساسورات ، والأركوصورات القاعدية . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} حتى أن أقدم السلويات ربما كانت من ذوات الدم الحار. ^{[ 4 ]}

تتمثل الميزة الرئيسية للقدرة على تنظيم درجة حرارة الجسم الداخلية مقارنةً بالقدرة على تنظيم درجة حرارة الجسم الخارجية في انخفاض تأثرها بتقلبات درجة الحرارة الخارجية. وبغض النظر عن الموقع (وبالتالي درجة الحرارة الخارجية)، تحافظ القدرة على تنظيم درجة حرارة الجسم الداخلية على ثبات درجة حرارة الجسم الداخلية لتحقيق النشاط الأمثل للإنزيمات.

تتحكم ذوات الدم الحار في درجة حرارة أجسامها عبر آليات استتبابية داخلية. في الثدييات، تشارك آليتان استتبابيتان منفصلتان في تنظيم الحرارة؛ إحداهما ترفع درجة حرارة الجسم، والأخرى تخفضها. يوفر وجود هاتين الآليتين المنفصلتين درجة عالية جدًا من التحكم. وهذا أمر بالغ الأهمية، إذ يُمكن التحكم في درجة حرارة الجسم الأساسية للثدييات لتكون أقرب ما يمكن إلى درجة الحرارة المثلى لنشاط الإنزيمات.

يزداد معدل الأيض الكلي للحيوان بمقدار الضعف تقريبًا لكل ارتفاع في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية (18 درجة فهرنهايت) ، وذلك بسبب ضرورة تجنب فرط الحرارة . لا توفر خاصية التدفئة الداخلية سرعة حركة أكبر من خاصية التدفئة الخارجية (ذوات الدم البارد)، إذ تستطيع الحيوانات ذات الدم البارد التحرك بنفس سرعة الحيوانات ذات الدم الحار من نفس الحجم، وتنمو عندما تكون قريبة من درجة حرارتها المثلى أو عندها، ولكنها غالبًا لا تستطيع الحفاظ على نشاط أيضي عالٍ لفترة طويلة مثل الحيوانات ذات الدم الحار. يمكن للحيوانات ذات الدم الحار/متساوية الحرارة أن تكون في ذروة نشاطها في أوقات أكثر خلال الدورة اليومية في المناطق ذات التغيرات الحادة في درجات الحرارة بين الليل والنهار، وخلال فترات أطول من السنة في المناطق ذات الاختلافات الموسمية الكبيرة في درجات الحرارة. ويصاحب ذلك الحاجة إلى بذل المزيد من الطاقة للحفاظ على درجة حرارة داخلية ثابتة، وزيادة الحاجة إلى الغذاء. ^{[ 11 ]} قد تكون خاصية التدفئة الداخلية مهمة أثناء التكاثر، على سبيل المثال، في توسيع النطاق الحراري الذي يمكن للنوع أن يتكاثر فيه، حيث أن الأجنة عمومًا لا تتحمل التقلبات الحرارية التي يتحملها البالغون بسهولة. ^{[ 12 ] [ 13 ]} قد توفر خاصية تنظيم درجة حرارة الجسم الداخلية حمايةً ضد العدوى الفطرية . فبينما تُصيب عشرات الآلاف من أنواع الفطريات الحشرات، لا يُصيب سوى بضع مئات منها الثدييات، وغالبًا ما تُصيب فقط تلك التي تعاني من ضعف في جهاز المناعة . وتشير دراسة حديثة ^{[ 14 ]} إلى أن الفطريات غير مُجهزة أساسًا للنمو في درجات حرارة الثدييات. ولعل درجات الحرارة المرتفعة التي توفرها خاصية تنظيم درجة حرارة الجسم الداخلية قد منحتها ميزة تطورية.  

ترفع الحيوانات ذات الدم البارد درجة حرارة أجسامها في الغالب عن طريق مصادر حرارة خارجية كطاقة ضوء الشمس ؛ لذا فهي تعتمد على الظروف البيئية للوصول إلى درجة حرارة الجسم الطبيعية. أما الحيوانات ذات الدم الحار فتعتمد في الغالب على إنتاج الحرارة داخليًا من خلال الأعضاء والأنسجة النشطة أيضيًا (الكبد، الكلى، القلب، الدماغ، العضلات) أو أنسجة متخصصة في إنتاج الحرارة كالنسيج الدهني البني . وبشكل عام، تتميز الحيوانات ذات الدم الحار بمعدلات أيض أعلى من الحيوانات ذات الدم البارد عند كتلة جسم معينة. ونتيجة لذلك، تحتاج أيضًا إلى معدلات استهلاك غذائي أعلى، مما قد يحد من وفرة الحيوانات ذات الدم الحار أكثر من الحيوانات ذات الدم البارد.

نظرًا لاعتماد ذوات الدم البارد على الظروف البيئية لتنظيم درجة حرارة أجسامها، فإنها عادةً ما تكون أقل نشاطًا في الليل وفي الصباح عندما تخرج من مخابئها لتكتسب الدفء مع أول ضوء للشمس. ولذلك، يقتصر نشاط البحث عن الطعام على النهار (أنماط النشاط اليومي) لدى معظم الفقاريات من ذوات الدم البارد. ففي السحالي، على سبيل المثال، لا يُعرف سوى عدد قليل من الأنواع بأنها ليلية (مثل العديد من أنواع الوزغ)، وهي تستخدم في الغالب استراتيجيات البحث عن الطعام القائمة على "الانتظار والترقب"، والتي قد لا تتطلب درجات حرارة جسم مرتفعة كتلك اللازمة للبحث النشط عن الطعام. أما الفقاريات ذوات الدم الحار، فهي أقل اعتمادًا على الظروف البيئية، وقد طورت تنوعًا كبيرًا (داخل النوع الواحد وبين الأنواع المختلفة) في أنماط نشاطها اليومي. ^{[ 15 ]}

يُعتقد أن تطور خاصية ارتفاع درجة حرارة الجسم كان حاسمًا في تطور تنوع أنواع الثدييات المشيمية خلال حقبة الحياة الوسطى. فقد منحت هذه الخاصية الثدييات المبكرة القدرة على النشاط ليلًا مع الحفاظ على صغر حجم أجسامها. وتُفهم التكيفات في استقبال الضوء وفقدان الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، التي تميز الثدييات المشيمية الحديثة، على أنها تكيفات لنمط حياة ليلي في الأصل، مما يشير إلى أن هذه المجموعة مرت بمرحلة اختناق تطوري ( فرضية الاختناق الليلي ). وقد يكون هذا قد جنّبها ضغط المفترسات من الزواحف والديناصورات النهارية، على الرغم من أن بعض الديناصورات المفترسة، كونها أيضًا من ذوات الدم الحار، ربما تكون قد تكيفت مع نمط حياة ليلي لاصطياد تلك الثدييات. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تستطيع العديد من أنواع الحشرات الحفاظ على درجة حرارة صدرها أعلى من درجة حرارة البيئة المحيطة بها عن طريق الحركة. تُعرف هذه الحشرات باسم ذوات الدم الحار الاختيارية أو ذوات الدم الحار الناتج عن الحركة. ^{[ 17 ]} على سبيل المثال، تقوم نحلة العسل بذلك عن طريق انقباض عضلات الطيران المتضادة دون تحريك أجنحتها (انظر تنظيم حرارة الحشرات ). ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} ومع ذلك، فإن هذا النوع من توليد الحرارة لا يكون فعالاً إلا فوق عتبة حرارية معينة، وعندما تنخفض درجة الحرارة عن 9-14 درجة مئوية (48-57 درجة فهرنهايت) ، تعود نحلة العسل إلى ذوات الدم البارد. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}  

يمكن ملاحظة خاصية التدفئة الداخلية الاختيارية في أنواع متعددة من الثعابين التي تستخدم حرارة عملياتها الأيضية لتدفئة بيضها. يُعدّ كل من ثعبان بايثون مولوروس وثعبان مورليا سبيلوتا نوعين من الثعابين التي تحيط إناثها ببيضها وترتجف من أجل حضانته. ^{[ 22 ]}

أظهرت بعض الكائنات ذات الدم البارد ، بما في ذلك أنواع عديدة من الأسماك والزواحف ، أنها تستخدم خاصية التدفئة الداخلية الموضعية، حيث يؤدي النشاط العضلي إلى بقاء أجزاء معينة من الجسم عند درجات حرارة أعلى من باقي الجسم. ^{[ 23 ]} وهذا يسمح بحركة أفضل واستخدام الحواس بشكل أفضل في البيئات الباردة. ^{[ 23 ]}

يواجه الطلاب مصدرًا محتملاً للالتباس بين مصطلحات الفيزياء وعلم الأحياء. فبينما يشير مصطلحا " طارد للحرارة " و" ماص للحرارة " في الديناميكا الحرارية إلى العمليات التي تُطلق طاقة حرارية والعمليات التي تمتصها، فإن المعنى في علم الأحياء معكوسٌ فعليًا. يشير مصطلحا "خارجي الحرارة" و"داخلي الحرارة" في علم الأحياء إلى الكائنات الحية التي تعتمد بشكل كبير على الحرارة الخارجية للوصول إلى درجة حرارة الجسم المثلى، وإلى الكائنات الحية التي تُنتج الحرارة من داخلها كعامل رئيسي في تنظيم درجة حرارة أجسامها. ^{[ 24 ]}

• ذوات الدم الحار

• مجموعة متخصصة في علم الحيوان الفيزيولوجي والكيميائي الحيوي : تطور ومزايا ذوات الدم الحار