Omurgalılarda Vücut Isısı ve Metabolizma İle Olan İlişkisi

Omurgalılarda ve omurgasız canlılarda vücut ısısı ve bunun metabolizma ile olan ilişkisi oldukça önem taşımaktadır. Canlılardaki metabolizmanın düzgün bir şekilde çalışması, homeostaziyi (iç denge) koruması, yaşam-kalım faaliyetlerinin yerine getirilebilmesi vücut ısısı ile doğrudan ilişkilidir. Bu yazı dizimizde daha çok omurgalılardaki vücut ısısı üzerinde duracağız.

Vücut Boyutu ve Vücut Isısı

Vücut boyutunun omurgalıların termal biyolojisinde temel bir etkisi bulunmaktadır.

Metabolizmanın toplam hızı vücut kütlesinin büyümesi ile artar. Bu ilişki genel olarak "Güç İşlevi" şeklinde ifade edilir. Bu güç işlevine güç açısından sayısal bir değer verilerek her zaman “1.0”dan az olacak şeklinde incelenir. Metabolizma hızı ile vücut büyüklüğü ilişkisinden yola çıkılarak ortaya konan ölçümler omurgalı bir organizmanın değişken vücut ısısına mı yoksa sabit vücut ısısına mı sahip olduğunu ve bu organizmaların enerji tüketimi seviyesini belirlemektedir.

Vücut ısısı söz konusu olduğunda, organizmaları kategorik olarak “Sıcakkanlılar” ve “Soğukkanlılar” olarak ayırabiliriz. Ancak bu kategorizasyonun biyolojik açıdan bazı karışıklıklara da neden olduğunu vurgulamalıyız. Yazının ilerleyen kısımlarında bu noktalara da değineceğiz.

İşleri Karıştıran Terminoloji

Omurgalılar, 20. yüzyılın ortasından beridir yaygın olarak “Poikilotermler” (Yunanca Poikilo: değişken ve therm = ısı) ve “Homeotermler” (Yunanca Homeo: aynı) olarak adlandırılır. Poikilotermler değişken vücut sıcaklıklarına sahip hayvanlar ve homeotermler ise sabit vücut sıcaklığına sahip hayvanlar olarak bilinir. Balıklar, amfibiler ve sürüngenler poikilotermler, kuşlar ve memeliler ise homeotermler şeklinde isimlendirilir. Biyologlar, bu kavramları sıcaklık değişkenliğini açıklamada kullanmaktadırlar. Ancak dikkat edilmesi gereken nokta, poikilotermi ve homeotermi kavramları vücut sıcaklığı değişkenliğini açıklasalar da, her hayvan grubuna uygulanabilir kavramlar değillerdir. Çünkü bazı memeliler kendi vücut sıcaklıklarını gece ve kış aylarında normal düzeyden 20°C’ye ya da daha fazlasına düşürebilir. Ve aynı zamanda birçok balık türünün sıcaklık değişimleri tüm yıl boyu 2°C’den azdır. Bu örnekler durumun zıtlığını gösterir; yani homeotermlerin, poikilotermlerden 10 kat daha fazla vücut sıcaklığı varyasyonu gösterdiği durumlar da vardır.

Bu farklılıklar “Ektotermi”(dış kaynaklı ısı) ve “Endotermi” (iç kaynaklı ısı) yüzündendir.

Ektotermi ve endotermi gibi komplikasyonlar homeoterm ve poikiloterm kelimelerinin dikkatli bir şekilde kullanılmasını zorlaştırır. Hayvanların ısı düzenleme mekanizmaları ile ilgilenen biyologların çoğu ektotermi ve endotermi terimlerini tercih ederler. Bu terimler homeoterm ve poikiloterm kelimeleri ile aynı anlamda değildir. Homeoterm ve poikiloterm, vücut sıcaklığının değişkenliğini esas alırken, ektoterm ve endoterm ısı düzenlemede kullanılan enerji kaynağını esas alır.

Bu ayrımlar çeşitli hayvanlar arasında sıcaklık ölçümü konusunda bazı kompleks durumlar yaratır; örneğin köpekler, vücut ısısı varyasyonuna sahiptir. Sıçanlar, farelerden daha büyük yapılı olmalarına rağmen daha az ısı üretim kapasitesine sahiptir. Vücut yüzey alanı açısından gözlemlenen bu değişimler, vücut yüzeyi alanı başına düşen birim ile alakalıdır. Dolayısıyla her zaman vücut genişliği biyolojik vücut sıcaklığı ile doğru orantılı olmayabilmektedir. Yazının ilerleyen kısımlarında bunun ayrıntılarına da değineceğiz.

Vücut Isısı, Evrimin En Net Kanıtlarından Birisi!

Evrimsel avantaj bakımından sıcakkanlı ve soğukkanlı hayvanlar arasındaki farklar termal biyoloji konusunda birçok araştırma yapılmasına, bu sayede vücut ısısı ile ilgili veriler sağlanmasına yol açmıştır. Örneğin ektotermik bir canlı olan yılanlar, özellikle bir piton (top pitonu) çeşidi, çenelerindeki birkaç milimetre derinliğinde girintilerde yer alan kızılötesi radyasyona duyarlı sinir uçları sayesinde çok hassas derecedeki ısı farklılıklarını bile algılayarak avlanabilmektedir. Öyle ki bu yılan türleri “1” derecenin 3/1000’lik farkını bile algılayabilmektedir! Bu ısı duyarlılığı onları zifiri karanlıkta bile iyi birer avcı yapmaktadır.

© 2010 Nature Education

Dinozorlar, Bir Süpersınıf Olarak Devasa Bir Ara Geçiş Grubudur!

Sıcakkanlı ve soğukkanlı hayvanların yanı sıra “Ilıkkanlı” (Mezoterm) diye tabir edebileceğimiz omurgalılar da bulunmaktadır. Bunun en iyi örneklerinden biri 230-250 milyon yıl önce yaşamış dinozorlardır. Dinozorlar bilindiğinin aksine ne sıcakkanlı ne de soğukkanlı hayvanlardır. Yapılan çok daha detaylı araştırmalar ve evrimsel bulgular sonucunda onların “Ilıkkanlı” hayvanlar olduğu düşünülmektedir. Dinozorlar ile ilgili daha önce yayımladığımız yazıya şu bağlantıdan ulaşabilirsiniz.

Dinozorların ortaya çıkışı ve ardından silinişi ile ilgili birçok iddia bulunmaktadır. 65 milyon yıl kadar önce dinozorlar da dahil Dünya yüzeyindeki tüm türlerin yüzde 75'inin yok olma nedeni yalnızca devasa bir göktaşının Dünya'ya çarpması değil, bunun neticesinde yaşanan bir dizi jeolojik olay (depremler, volkanik faaliyet, vs.) olmuştur. Bu faaliyetler sonucunda çevre şartları değişmiş, türlerin vücut ısısı ve metabolizmaları ile doğrudan ilişkili birçok sorun doğmuştur.

Vücut Sıcaklığının Kontrolü

Birçok karasal omurgalı ve bazı sucul omurgalının vücut sıcaklıkları çevrelerindeki hava ya da suyun sıcaklıklarından ciddi anlamda yüksektir. Bu sıcaklık farklarını koruma ısı düzenleme mekanizmalarına gereksinim duyar ve bu mekanizmalar omurgalılarda çok iyi gelişmiştir.

Bazı omurgalılar yalnızca ektotermik ve endotermik olarak ayrışmayıp bunların birlikteliklerini de kullanmaktadır. Genellikle kuş ve memeliler öncelikli endotermiktir fakat bazı türler yoğun olarak dış ısı kaynağı kullanır. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nin güneybatı bölgesinde ve komşu Meksika çöllerinde yaşayan kızıl kuyruklu şahin isimli avcı kuş, normal vücut sıcaklığını 38°C ya da 39°C’den 35°C’ye ya da daha aşağı düşürür. Bu kuş türü sabahları güneş banyosu yaparken siyah deri alanını açığa çıkarmak için arkasındaki tüyleri havaya kaldırır. Yapılan hesaplamalar bu kuşların vücut sıcaklıklarını arttırmak için metabolizma yerine güneş ışığını kullanma ile her saatte 132 jullük enerji kazandıklarını göstermiştir.

Genel ısı düzenleme örneklerinden sapmalar diğer yola da gidebilir. Yılanlar normalde ektotermaldir fakat birçok piton türünün dişisi yumurtaları etrafına sarılır ve gövde kaslarının ritmik kasılmaları ile ısı üretir. Kasılma hızı hava sıcaklığının düşmesi ile artar ve dişi Hindistan pitonu hava ısısı 23°C’ye kadar düşmüş olsa da yumurtalarını 30°C’ye yakın ısıda korur. Bu ısı üretimi pitonun metabolik hızının önemli ölçüde artmasını sağlar. 23°C’de piton kuluçkaya yatarken normalden yaklaşık 20 kat daha fazla enerji kullanır. Dolayısıyla, vücut ısısı ve omurgalıların ısı düzenleme kapasiteleri hakkındaki genellemelerin dikkatli bir şekilde yapılması ve vücut ısısını düzenleme için kullanılan gerçek mekanizmaların dikkatlice çalışılması gerekir.

Pinterest

1850'lerde Bergman ve Leuchard gibi anatomist ve diğer birkaç bilim insanı yaptıkları çalışmalarda ısı üretiminin vücut yüzeyi boyuncaki ısı kaybıyla alakalı olduğunu belirtmiştir. Başka bir araştırmacı Rubner da, örneğin köpeklerdeki ısı üretim değişkenliğinin kütle oranından ziyade yüzey alanına düşen birimin önemli olduğunu söylerek, ısı üretiminin vücut büyüklüğündense yüzey alanıyla daha yakından ilişkili olduğu sonucuna varmıştır. Çok ilginçtir ki bir köpeğin ısı üretim değişkenliği devasa bir filden çok daha fazladır çünkü vücut yüzeyi alanına düşen birim filden çok daha fazladır. Yani vücut kütlesi ile vücut yüzey alanı ters orantılıdır.

Birçok çalışmada da önemli olanın yüzey alanı olduğu gözlenmiştir. Ve buna da surface law ismi verilmiştir. Bu görüş yaklaşık yüzyıl boyunca baskın kalmaya devam etmiştir fakat 1980'lerde bu görüş ile ilgili de bazı şüphelerin doğması gecikmemiştir. Vücut ısısı ve metabolizma ile olan ilişkisi alabildiğine karmaşık bir konu olduğundan, hazırladığımız bu kısa yazı umarız ki en azından bazı temel bilgilerin edinilmesini sağlamıştır. Çok daha detaylı bilgiler için okuyucularımız yazı sonundaki paylaştığımız kaynaklara da göz atabilirler.