Informasi

Bagaimana mengukur kehilangan panas di Tardigrades

Bagaimana mengukur kehilangan panas di Tardigrades


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya ingin mengukur metabolisme dalam tardigrades (botol berisi 30 tardigrades). Saya tahu bahwa cara mudah untuk mengukur metabolisme adalah kehilangan panas; Saya hanya bisa mengukur suhu air sebelum dan sesudah jangka waktu tertentu dan mengambil perbedaannya. Saya punya beberapa pertanyaan:

1) Apakah ini cara yang layak?

2) Apakah saya perlu menempatkan tardigrades dalam sistem yang terkontrol (atau apakah lingkungan luarnya konstan)?

3) Apakah pengukurannya akan sangat kecil (jadi saya membutuhkan termometer yang sangat presisi?)

4) Berapa lama saya harus menunggu antara dua pengukuran?


1 dan 2) Anda perlu membuat/menggunakan kalorimeter : http://en.wikipedia.org/wiki/Calorimeter Ada berbagai jenis, tergantung pada kendala Anda.

3 dan 4) Ini akan tergantung pada ukuran sistem Anda.

Jika Anda memutuskan untuk menggunakan kalorimeter adiabatik: Pertama, perkirakan metabolismenya (lihat misalnya [1]), kemudian bagi energi yang dihabiskan selama durasi yang Anda pikir akan Anda gunakan dengan kapasitas panas volume air yang Anda miliki, Anda mendapatkan kenaikan suhu.

Jika Anda menggunakan kalorimeter fluks, maka Anda tidak mengalikan dengan durasi tetapi periksa apakah kalorimeter akan cukup sensitif.


6.2C: Hukum Kedua Termodinamika

  • Disumbangkan oleh Tanpa Batas
  • Mikrobiologi Umum di Boundless

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa setiap transfer energi meningkatkan entropi alam semesta karena hilangnya energi yang dapat digunakan.

  • Jelaskan bagaimana organisme hidup dapat meningkatkan keteraturannya meskipun ada hukum kedua termodinamika

1. Mereka Mikroskopis, Tapi Hampir Tidak

Tardigrades berada di dekat tepi visibilitas bagi sebagian besar mata manusia. Tardigrade yang khas memiliki panjang sekitar 0,5 mm (0,02 inci), dan bahkan yang terbesar panjangnya kurang dari 2 mm (0,07 inci). Beberapa tardigrade yang lebih besar dapat terlihat dengan mata telanjang, tetapi karena mereka juga tembus pandang, kita tidak mungkin mendapatkan pandangan yang baik tanpa setidaknya mikroskop berdaya rendah.


Akankah AI menggantikan matematikawan?

Jika komputer bisa mengalahkan kita dalam catur, mungkin mereka juga bisa mengalahkan kita dalam matematika.

  • Kebanyakan orang takut bahwa mereka akan digantikan oleh robot atau AI suatu hari nanti.
  • Bidang seperti matematika, yang hanya diatur oleh aturan yang digunakan komputer untuk berkembang, tampaknya sudah matang untuk revolusi robot.
  • AI mungkin tidak menggantikan ahli matematika tetapi sebaliknya akan membantu kami mengajukan pertanyaan yang lebih baik.

Berikut kutipan yang diadaptasi dari buku Shape. Itu dicetak ulang dengan izin dari penulis.

Akankah mesin menggantikan kita? Sejak lahirnya kecerdasan buatan (AI), orang telah khawatir bahwa komputer pada akhirnya (atau bahkan dalam waktu dekat!) akan melampaui kapasitas kognitif manusia dalam segala hal.

Pelopor kecerdasan buatan Oliver Selfridge, dalam sebuah wawancara televisi dari awal 1960-an, mengatakan, "Saya yakin bahwa mesin dapat dan akan berpikir dalam hidup kita" - meskipun dengan syarat, "Saya tidak berpikir putri saya akan pernah menikah dengan komputer. ." (Tampaknya, tidak ada kemajuan teknis yang begitu abstrak sehingga orang tidak dapat merasakan kecemasan seksual tentang hal itu.)


Pengantar

Superphylum Ecdysozoa muncul di Prakambrium, dan ecdysozoans tidak hanya mendominasi ledakan Kambrium awal tetapi juga dominan (dalam hal spesies, individu, dan biomassa) hari ini. Hubungan dari 8 filum dalam Ecdysozoa tetap kontroversial, dengan penilaian morfologi, analisis perkembangan, dan filogenetik molekul menghasilkan sinyal yang bertentangan [1-3]. Secara umum telah diterima bahwa Arthropoda, Onychophora (cacing beludru), dan Tardigrada (beruang air atau anak babi lumut) membentuk monofilum, Panarthropoda [2], dan bahwa Nematoda (cacing gelang) berkerabat dekat dengan Nematomorpha (cacing bulu kuda) dan berbeda dari Panartropoda. Namun, filogeni molekuler sering menempatkan perwakilan Tardigrada sebagai saudara perempuan Nematoda [1,3], membuat Panarthropoda tidak valid dan menantang model evolusi sifat morfologi kompleks seperti segmentasi, pelengkap lateral yang berulang secara berurutan, faring triradiat, dan saraf pusat tripartit. sistem [4,5].

Takson kunci dalam perbedaan pendapat ini adalah filum Tardigrada. Hampir 1.200 spesies tardigrades telah dideskripsikan [6]. Semuanya merupakan anggota meiofauna—hewan kecil yang hidup di lapisan air dan di celah antar butir sedimen [6]. Ada spesies laut, air tawar, dan darat. Banyak spesies tardigrada terestrial adalah kriptobiotik: mereka memiliki kemampuan untuk bertahan hidup dari tantangan lingkungan yang ekstrem dengan memasuki keadaan tidak aktif [7]. Umum untuk resistensi ini adalah kemampuan untuk kehilangan atau mengecualikan sebagian besar air tubuh, dan tardigrades anhidrobiotik telah terbukti memiliki toleransi terhadap suhu tinggi dan rendah (termasuk pembekuan), pelarut organik, sinar-X dan sinar gamma, tekanan tinggi, dan ruang hampa [8-15]. Fisiologi anhydrobiosis pada tardigrades telah dieksplorasi secara ekstensif, tetapi saat ini sedikit yang diketahui tentang basis molekulernya [16,17]. Banyak hewan lain memiliki kemampuan kriptobiotik, termasuk beberapa nematoda dan arthropoda [18], dan perbandingan mekanisme dalam akuisisi independen yang berbeda dari sifat ini akan mengungkapkan mekanisme umum yang mendasarinya.

Inti dari pengembangan model eksperimental yang dapat dilacak untuk kriptobiosis adalah pembangkitan sumber daya genomik berkualitas tinggi. Rakitan genom dari 2 tardigrades, H. dujardini [19–21] dan R. beraneka ragam [22], keduanya dalam famili Hypsibiidae, telah diterbitkan. H. dujardini merupakan tardigrade limnoterrestrial yang mudah dikultur [23], sedangkan R. beraneka ragam adalah tardigrade terestrial dan sangat toleran terhadap lingkungan ekstrim [24]. Toolkit eksperimental untuk H. dujardini, termasuk interferensi RNA (RNAi) dan hibridisasi in situ, sedang dikembangkan [25]. H. dujardini adalah kriptobiotik yang buruk dibandingkan dengan R. beraneka ragam. H. dujardini membutuhkan 48 jam prakondisi pada 85% kelembaban relatif (RH) dan 24 jam lebih lanjut dalam 30% RH [23] untuk memasuki kriptobiosis dengan kelangsungan hidup yang tinggi, sementara R. beraneka ragam dapat membentuk tun (bentuk kriptobiotik) dalam waktu 30 menit pada 30% RH [26].

Beberapa gen terkait anhydrobiosis telah diidentifikasi di Tardigrada. Katalase, superoksida dismutase (SODs), dan glutathione reduktase dapat melindungi terhadap stres oksidatif [27], dan pendamping, seperti heat shock protein 70 (HSP70) [28-30], dapat bertindak untuk melindungi protein dari efek denaturasi kehilangan air [16,31,32]. Selain itu, beberapa keluarga gen khusus tardigrade telah terlibat dalam anhydrobiosis, berdasarkan pola ekspresi mereka. Sitosol larut panas berlimpah (CAHS), larut panas berlimpah sekretori (SAHS), embriogenesis akhir berlimpah protein mitokondria (RvLEAM), protein larut panas berlimpah mitokondria (MAHS), dan keluarga gen penekan kerusakan (Dsup) telah terlibat dalam R. beraneka ragam ekstrimotoleransi [22,33,34]. Keluarga gen ini diberi nama berdasarkan lokasi atau fungsinya subseluler, dan ekspresi MAHS dan Dsup dalam garis sel kultur jaringan manusia menghasilkan peningkatan tingkat toleransi terhadap tekanan osmotik dan iradiasi sinar-X (sekitar 4 Gy). Anehnya, analisis dari R. beraneka ragam genom menunjukkan kehilangan gen yang luas di jalur peroksisom dan jalur sinyal stres, menunjukkan bahwa spesies ini dikompromikan dalam hal resistensi oksigen reaktif dan perbaikan kerusakan sel [22]. Sementara hilangnya jalur ini akan mematikan bagi organisme normal, hilangnya jalur resistensi ini dapat dikaitkan dengan anhydrobiosis.

Pengeringan di beberapa taksa menginduksi produksi anhydroprotectants, molekul kecil yang mungkin menggantikan air seluler untuk menstabilkan mesin seluler. Trehalose, disakarida yang terbukti berkontribusi terhadap anhydrobiosis pada pengusir hama [35,36], nematoda [37], dan artemia [38], tidak ada pada tardigrade. Milnesium tardigradum [31]. Ditambah dengan kemampuan R. beraneka ragam untuk memasuki anhydrobiosis dengan cepat (yaitu, tanpa memerlukan biosintesis persiapan yang ekstensif), ini menunjukkan bahwa anhydrobiosis tardigrade tidak bergantung pada sintesis protektan yang diinduksi. Masuk ke anhydrobiosis di H. dujardini memang membutuhkan transkripsi aktif selama pengkondisian, menunjukkan aktivasi program genetik untuk mengatur fisiologi. Penghambatan PP1/2A, regulator positif dari faktor transkripsi FOXO yang menginduksi jalur stres antioksidan, menyebabkan kematian yang tinggi pada H. dujardini selama induksi anhydrobiosis [23]. Sebagai R. beraneka ragam tidak memerlukan prakondisi, sistem penting untuk anhydrobiosis di R. beraneka ragam cenderung diekspresikan secara konstitutif.

H. dujardini dan R. beraneka ragam relatif terkait erat (keduanya adalah anggota Hypsibiidae), dan keduanya memiliki urutan genom yang tersedia. NS R. beraneka ragam genom memiliki kedekatan tinggi dan skor tinggi di semua metrik kelengkapan gen [22]. Untuk H. dujardini, 3 majelis telah diterbitkan. Satu memiliki kedekatan yang rendah (panjang N50 17 kb) dan mengandung proporsi tinggi dari urutan nontardigrade yang mencemari, termasuk sekitar 40 Mb urutan bakteri, dan rentang 212 Mb [19]. 2 rakitan lainnya, keduanya sekitar 130 Mb [20,21], menghilangkan sebagian besar kontaminasi, tetapi mengandung segmen haploid yang tidak runtuh karena heterozigositas yang tidak dikenali. Kualitas rendah awal H. dujardini genom diterbitkan bersama klaim transfer gen horizontal yang luas (HGT) dari bakteri dan taksa lainnya ke dalam genom tardigrade dan saran bahwa HGT mungkin telah berkontribusi pada evolusi kriptobiosis [19]. Klaim HGT yang luas telah ditentang dengan kuat [20,21,39-41], tetapi perdebatan mengenai kontribusi HGT terhadap kriptobiosis tetap terbuka. Genom spesies ini dapat dieksploitasi untuk memahami mekanisme pengeringan cepat versus strategi pengeringan lambat pada tardigrades, pentingnya HGT, dan resolusi struktur dalam Ecdysozoa. Namun, genom yang tersedia tidak memiliki kualitas yang setara.

Kami telah menghasilkan perakitan genom berkualitas tinggi untuk H. dujardini, dari larik data termasuk pengurutan tardigrade tunggal [42] dan pembacaan molekul tunggal yang panjang, dan menggunakan metode perakitan sadar heterozigositas [43,44]. Penemuan gen dan anotasi dengan data sekuensing RNA (RNA-Seq) ekstensif memungkinkan kami untuk memprediksi set gen yang kuat. Sedangkan sebagian besar (60%) gen dari H. dujardini memiliki ortolog langsung dalam prediksi gen yang ditingkatkan untuk R. beraneka ragam, tingkat synteny sangat rendah. Kami mengidentifikasi proporsi HGT potensial yang biasa-biasa saja. H. dujardini menunjukkan hilangnya peroksisom dan jalur pensinyalan stres, seperti yang dijelaskan dalam R. beraneka ragam, serta kerugian unik tambahan. Analisis transkriptomik entri anhydrobiosis mendeteksi tingkat regulasi yang lebih tinggi dalam H. dujardini dibandingkan dengan R. beraneka ragam, seperti yang diperkirakan, termasuk regulasi gen dengan fungsi antistres dan apoptosis. Menggunakan ortolog salinan tunggal, kami menganalisis kembali posisi Tardigrada dalam Ecdysozoa dan menemukan dukungan kuat untuk klad Tardigrade+Nematoda, bahkan ketika data dari transkriptom nematomorph, onychophorans, dan filum ecdysozoan lainnya dimasukkan. Namun, perubahan genomik yang langka cenderung mendukung Panarthropoda tradisional. Kami membahas temuan kami dalam konteks cara terbaik untuk meningkatkan genomik spesies yang terabaikan, biologi anhydrobiosis, dan model hubungan ecdysozoan yang saling bertentangan.


Nematoda

Nematoda pertama kali dilaporkan bertahan dari kekeringan pada tahun 1700-an (Needham, 1743). John Needham menjelaskan menambahkan air ke sebutir gandum yang rusak dan melihat cacing seperti serat menjadi hidup:

…yang sangat mengejutkan saya, serat imajiner ini, seolah-olah, langsung terpisah satu sama lain, mengambil kehidupan, bergerak tidak teratur, bukan dengan gerakan progresif, tetapi memutar, dan terus melakukannya selama sembilan atau sepuluh jam&# x2026 (Needham, 1743)

Sejak penemuan Needham tentang penghidupan kembali 𠇏ibers,” kemudian diidentifikasi sebagai larva nematoda patogen tanaman Anguina tritici, toleransi pengeringan telah dijelaskan di banyak spesies nematoda, termasuk Aphelenchus avenae, Plectus murrayi, Panagrolaimus superbus, Ditylenchus dipsaci, dan C. elegan (Keilin, 1959 Madin dan Crowe, 1975 Wharton, 1996 Perry, 1999 Shannon dkk., 2005 Adhikari dkk., 2009 Erkut dkk., 2011 Tyson dkk., 2012). Untuk beberapa cacing ini, seperti A. avenae dan C. elegan, kadar air intraseluler telah diukur secara khusus, menunjukkan penipisan ke tingkat anhidrobiotik dengan hilangnya hampir semua air intraseluler (Crowe et al., 1977 Erkut et al., 2011). Meskipun banyak nematoda telah dipelajari dalam konteks resistensi pengeringan, kami fokus di sini pada C. elegan dan melengkapi analisis itu dengan spesies lain dalam beberapa kasus.

Caenorhabditis elegans adalah organisme model umum dengan metode dan sumber daya yang dikembangkan dengan baik untuk genetika, biologi sel, dan pencitraan yang dapat digunakan untuk memahami fisiologi respons stres (Brenner, 1974). Dari metazoa anhidrobiotik, C. elegan menawarkan toolkit molekuler yang paling banyak sumber dayanya (Wharton, 2011 Dickinson et al., 2013 Erkut dan Kurzchalia, 2015 Nance dan Frøkjær-Jensen, 2019). Meskipun nematoda lain seperti A. avenae telah lama dihargai karena memiliki kemampuan anhidrobiotik, hanya baru-baru ini saja C. elegan terbukti menjadi anhydrobiote sejati, bertahan dari pengeringan setelah kehilangan lebih dari 98% kandungan air tubuh mereka (Madin dan Crowe, 1975 Erkut et al., 2011). Beberapa nematoda dapat menahan pengeringan pada berbagai tahap kehidupan, tetapi C. elegan hanya tahan terhadap pengeringan ketika dalam keadaan dauer, tahap larva alternatif tahan stres khusus di mana cacing berhenti makan (Cassada dan Russell, 1975 Erkut et al., 2011). Mirip dengan diapause dari Artemia kista, C. elegan memasuki dauer diapause sebagai respons terhadap kondisi lingkungan yang memburuk dengan mengalami perubahan metabolisme dan morfologi termasuk sintesis kutikula khusus, penyempitan radial, dan pembentukan sumbat di atas mulut (Riddle et al., 1981 Hu, 2007).

Caenorhabditis elegans telah menjadi model produktif untuk mengidentifikasi gen yang terlibat dalam anhydrobiosis. Studi sebagian besar telah mengambil dua pendekatan: (1) profil ekspresi untuk mengidentifikasi gen yang kelimpahan mRNA berubah selama pengeringan dan (2) gangguan fungsi gen kandidat untuk mengidentifikasi gen yang diperlukan untuk toleransi pengeringan. Pendekatan-pendekatan ini telah mengidentifikasi molekul yang menunjukkan keragaman adaptasi fisiologis yang mencolok terhadap pengeringan, beberapa contoh menonjol yang akan kita bahas di bagian di bawah ini.

Sintesis Trehalosa

Trehalosa terakumulasi dalam beberapa spesies nematoda anhidrobiotik (Madin dan Crowe, 1975 Loomis et al., 1980 Behm, 1997 Shannon et al., 2005). Di dalam C. elegan, peningkatan regulasi sintesis trehalosa selama pengeringan bertahap sangat penting bagi cacing untuk bertahan dari pengeringan (Erkut et al., 2011). C. elegan sintesis trehalosa adalah proses dua langkah yang menghasilkan trehalosa dari glukosa dan UDP-glukosa, yang melibatkan gen sintase trehalosa 6-fosfat (tps-1 dan tps-2) dan defosforilasi berikutnya dari trehalosa 6-fosfat oleh protein yang dikodekan oleh gob-1 (Kormish dan McGhee, 2005). Penghapusan keduanya tps gen membatasi kemampuan C. elegan untuk mensintesis trehalosa dan mempertahankan kemasan lipid membran yang sesuai, dan untuk bertahan dari pengeringan (Erkut et al., 2011 Abusharkh et al., 2014). Trehalose juga berfungsi dalam konteks lain termasuk penuaan dan resistensi kelaparan, menunjukkan bahwa peran protektifnya dapat melampaui toleransi pengeringan (Honda et al., 2010 Hibshman et al., 2017 Seo et al., 2018).

Adaptasi Metabolik

Selama anhydrobiosis, metabolisme terhenti (Crowe et al., 1977). Namun, selama pengeringan bertahap ada sejumlah adaptasi metabolik persiapan yang terjadi. Masuk ke keadaan dauer mendorong restrukturisasi fluks metabolik (O’Riordan dan Burnell, 1989, 1990 Burnell et al., 2005). Salah satu perubahan metabolik paling signifikan dengan efek yang ditunjukkan pada toleransi pengeringan adalah peningkatan regulasi shunt glioksilat (Madin et al., 1985 Erkut et al., 2016). Shunt glioksilat, yang melibatkan enzim isositrat liase dan malat sintase, merupakan alternatif siklus TCA yang mengubah isositrat menjadi suksinat dan malat (Braeckman et al., 2009). Di dalam C. elegan, aktivitas enzim isositrat liase dan malat sintase dilakukan oleh protein tunggal, ICL-1, yang menjalankan kedua fungsi ini (Liu et al., 1995). Penipisan icl-1 oleh RNAi peka C. elegan hingga pengeringan (Erkut et al., 2016). Malat yang dihasilkan dari aktivitas shunt glioksilat memberikan masukan energik untuk glukoneogenesis dan akhirnya sintesis trehalosa selama prakondisi untuk pengeringan (Gambar 2) (Erkut et al., 2016). Dengan demikian, ada kemungkinan bahwa adaptasi metabolik seperti upregulasi shunt glioksilat terutama berfungsi untuk bahan bakar produksi pelindung hilir, daripada memiliki kemampuan pelindung intrinsik. Singkatnya, shunt glioksilat mendorong konversi asam lemak menjadi karbohidrat seperti trehalosa yang dapat berfungsi sebagai pelindung.

Gambar 2. Ilustrasi komponen dan mekanisme molekuler yang terlibat dalam toleransi pengeringan. Molekul umum yang berkontribusi terhadap toleransi pengeringan digambarkan dalam kompartemen subseluler di mana mereka telah ditunjukkan atau disarankan untuk berfungsi. Beberapa komponen seperti protein heat shock kecil dapat menempati beberapa kompartemen subselular, sebagaimana dibuktikan oleh p26 dari Artemia. Pengeringan dapat menyebabkan protein salah lipat dan agregasi. Selama masa pengeringan, protein seperti sHSP dan LEA dapat membatasi agregasi, dan selama pemulihan, Hsp70 dapat melipat kembali protein ini untuk memulihkan proteostasis. Selama pengeringan bertahap, persiapan metabolik terjadi seperti peningkatan regulasi shunt glioksilat dan produksi trehalosa. Tiga model umum perlindungan selama pengeringan juga digambarkan. Meskipun disorot dalam tiga sisipan terpisah, mekanisme ini kemungkinan memiliki tingkat tumpang tindih yang besar. Perhatikan bahwa komponen tidak untuk skala. LEA, embriogenesis akhir CAHS berlimpah, MAHS larut panas melimpah di sitosolik, SAHS larut panas melimpah mitokondria, Hsp40 larut panas berlimpah sekretori, protein kejut panas 40 kilodalton Hsp70, protein kejut panas 70 kilodalton Hsf1, faktor kejutan panas 1.

Protein LEA

Laporan pertama protein LEA hewani ada di nematoda Aphelenchus avenae, di mana ia terbukti diregulasi sebagai respons terhadap pengeringan (Browne et al., 2002, 2004). C. elegan mengandung dua gen penyandi protein LEA kelompok 3, lea-1, dan dur-1 (Dauer kamuP-Rdiatur) (Browne et al., 2004 Gal et al., 2004 Erkut et al., 2013). Masing-masing ekspresi gen ini diinduksi oleh pengeringan, dan knockdown mengurangi kemampuan cacing untuk bertahan hidup dalam pengeringan (Gal et al., 2004 Erkut et al., 2013). Penemuan awal protein LEA di A. avenae diikuti oleh sejumlah makalah yang melaporkan protein LEA dalam berbagai macam hewan (termasuk: Artemia, seperti yang telah dibahas) (Gal et al., 2004, 2006 Tunnacliffe et al., 2005 Hand et al., 2006 Kikawada et al., 2006). Terlepas dari identifikasi banyak LEA hewan, sebagian besar studi tentang protein ini dalam konteks organisme terbatas pada profil ekspresi dan kasus validasi fungsional yang jarang dilakukan dengan knockdown. Suka Artemia Protein LEA, protein LEA nematoda juga telah dipelajari melalui ekspresi heterolog atau in vitro studi. Protein LEA dari A. avenae dapat mencegah agregasi protein dalam berbagai konteks, dan secara sederhana dapat meningkatkan osmotoleransi sel manusia (Goyal et al., 2005 Chakrabortee et al., 2007 Liu et al., 2011). LEA-1 dari C. elegan juga dapat mengurangi agregasi protein dan dapat meningkatkan ketahanan bakteri terhadap stres oksidatif dan pengeringan (Liu et al., 2019).

Protein berlimpah embriogenesis akhir sangat hidrofilik dan secara intrinsik tidak teratur dalam larutan, mengacaukan intuisi tradisional bahwa protein harus terlipat menjadi bentuk fungsional (Tunnacliffe dan Wise, 2007). Namun, struktur protein LEA sangat responsif terhadap kondisi di dalam sel. Menggunakan protein LEA1 dari nematoda Aphelenchus avenae sebagai model, Goyal et al. (2003) menunjukkan peningkatan struktur sekunder selama pengeringan. Secara khusus, protein LEA terlipat menjadi heliks alfa amfipatik tanpa adanya air. Ini juga telah ditunjukkan untuk C. elegan LEA-1 (Liu et al., 2019). Melipat menjadi heliks alfa selama pengeringan (atau kondisi simulasi eksperimental serupa) telah terbukti menjadi atribut umum dari berbagai protein LEA dan peptida model dari hewan termasuk nematoda dan Artemia (Tolleter et al., 2007 Li and He, 2009 Boswell et al., 2014a Hand and Menze, 2015 LeBlanc et al., 2019). Heliks alfa amfipatik dianggap menstabilkan interaksi molekul dengan mempertahankan situs kontak muatan yang sesuai melalui permukaan heliks bermuatan dan non-polar yang berlawanan (Giménez-Andrés et al., 2018). Protein LEA juga dapat bertindak sebagai antarmuka antara udara dan air untuk mencegah agregasi protein (Yuen et al., 2019). Struktur amfipatik protein LEA memungkinkan beragam fungsi. Protein LEA bertindak sebagai “molecular shields” dengan membatasi agregasi protein yang salah lipatan, berkontribusi pada stabilisasi membran, dan merupakan konstituen gelas biologis sebagai sel dehidrasi yang mengalami vitrifikasi (Hand et al., 2011).

Protein Kejutan Panas

Dalam studi microarray yang mengukur perubahan transkripsi selama pengeringan, gen penyandi protein kejutan panas kecil F08H9.4 adalah gen yang paling diregulasi, meningkatkan level mRNA lebih dari 700 kali lipat (Erkut et al., 2013). Dua gen penyandi sHSP lainnya, F08H9.3 dan hsp-12.6, juga diregulasi sebagai respons terhadap pengeringan. Ketika diuji untuk fungsi dalam kelangsungan hidup pengeringan, dan hsp-12.6 mutan tidak mempengaruhi kelangsungan hidup, tetapi mutasi pada keduanya F08H9.3 atau F08H9.4 toleransi pengeringan berkurang, dengan F08H9.3 memiliki efek yang lebih jelas (Erkut et al., 2013). Di dalam C. elegans hsp-70 diregulasi secara transkripsi selama pengeringan dan diperlukan untuk tingkat toleransi pengeringan tipe liar (Erkut et al., 2013). Sebuah peran untuk hp-70 dalam kelangsungan hidup pengeringan cacing menyoroti lagi peran proteostasis dalam toleransi pengeringan.

Respon Stres Oksidatif

Ciri umum dari pengeringan adalah stres oksidatif (Fran๺ et al., 2007). Spesies oksigen reaktif (ROS) dapat terakumulasi selama pengeringan, merusak protein, membran, dan DNA. Beberapa spesies nematoda meningkatkan regulasi gen respons antioksidan selama pengeringan (Adhikari et al., 2009 Tyson et al., 2012). Misalnya, di C. elegan tingkat ekspresi beberapa gen antioksidan meningkat selama pengeringan bertahap, dan ada bukti fungsional bahwa gen superoksida dismutase (sod-1), beberapa glutation peroksidase (gpx-2, gpx-6, gpx-7) dan katalase (ctl-1) diperlukan untuk kelangsungan hidup pengeringan, menunjukkan bahwa peningkatan regulasi gen-gen ini (semua kecuali ctl-1 mengalami peningkatan ekspresi selama pengeringan) merupakan respons fisiologis adaptif terhadap pengeringan bertahap (Erkut et al., 2013).

Desaturasi Asam Lemak

Beberapa desaturase asam lemak diregulasi secara transkripsi sebagai respons terhadap pengeringan (Erkut et al., 2013). Selain itu, beberapa gen yang terlibat dalam desaturasi asam lemak diperlukan untuk toleransi pengeringan penuh. Ini termasuk 㥉 desaturase asam lemak (gemuk-5, lemak-6, dan gemuk-7), 㥆 desaturase (lemak-3), dan 㥅 desaturase (gemuk-4). Sebagai catatan, desaturase 㲓, gemuk-1, tidak mempengaruhi kelangsungan hidup pengeringan, menunjukkan bahwa asam arakidonat mungkin memainkan peran tertentu dalam ketahanan pengeringan (Erkut et al., 2013). Bagaimana desaturasi asam lemak menyebabkan resistensi pengeringan adalah pertanyaan terbuka. Ada kemungkinan bahwa pemecahan asam lemak dapat menyediakan cadangan energi selama waktu aktivitas terbatas dari siklus TCA dan fosforilasi oksidatif. Hal ini juga mungkin bahwa asam lemak desaturasi dalam lipid bilayer dapat berkontribusi pada fluiditas membran (Crowe et al., 1989). Kemungkinan ketiga adalah bahwa berbagai spesies lipid dapat mengalami peroksidasi, berfungsi sebagai penampung ROS selama pengeringan.

Peraturan Ketahanan Pengeringan

Caenorhabditis elegans bergantung pada pengkondisian bertahap untuk meningkatkan regulasi pelindung yang diperlukan untuk kelangsungan hidup pengeringan (Erkut et al., 2011). Dengan demikian, C. elegan (dan hewan multiseluler lainnya) harus memiliki mekanisme untuk mengenali hilangnya air secara bertahap dan untuk menginduksi respons yang dijelaskan di atas. Bahkan hewan seperti lalat buah yang tidak dapat bertahan hidup dalam kekeringan total dapat merasakan dan merespon kelembaban (Sayeed dan Benzer, 1996). Hygrotaxis, kemampuan untuk bermigrasi ke atas atau ke bawah gradien kelembaban, menawarkan garis perlindungan pertama dari pengeringan karena hewan dapat dengan mudah menghindari kondisi pengeringan. C. elegan menunjukkan perilaku higrotaksis, indikasi lebih lanjut dari pemantauan kelembaban yang efektif (Russell et al., 2014).

Beberapa gen yang terlibat dalam resistensi pengeringan menunjukkan garis besar awal dari beberapa mekanisme yang terlibat dalam higrosensasi. Mutasi pada gen saluran potensial reseptor transien neuron sensorik (TRP), osm-9, membatasi kelangsungan hidup pengeringan (Colbert et al., 1997 Erkut et al., 2013). saluran TRP di Drosophila antena mengatur higrosensi, meskipun knockdown individu dari osm-9 atau saluran TRP lainnya di C. elegan tidak mempengaruhi higrotaksis (Sayeed dan Benzer, 1996 Liu et al., 2007 Russell et al., 2014 Enjin et al., 2016). Di dalam C. elegan, neuron mekanosensori dapat mendeteksi regangan yang bergantung pada kelembaban di kutikula atau epidermis untuk mengatur higrotaksis (Russell et al., 2014). Selain itu, saluran gerbang cGMP (pajak-4) di neuron termosensori mengatur higrotaksis (Russell et al., 2014). Agak mengejutkan bahwa gen seperti osm-9 dapat mempengaruhi kelangsungan hidup pengeringan tetapi tidak higrotaksis. Ada kemungkinan bahwa hanya sebagian sistem yang tumpang tindih yang digunakan untuk regulasi neuronal higrotaksis dan respons penginderaan yang diperlukan untuk ketahanan terhadap pengeringan.

Di luar penginderaan awal perubahan kelembaban, informasi ini harus disampaikan dalam beberapa bentuk ke seluruh organisme yang kemungkinan mengakibatkan perubahan aktivitas faktor transkripsi dan regulasi transkripsi gen terkait pengeringan. Pemahaman kami tentang pensinyalan semacam itu jarang, tetapi beberapa petunjuk melibatkan kemungkinan peran ligan takik (OSM-11), protein terkait yang ditambal (DAF-6), dan pensinyalan protein kinase yang diaktifkan mitogen (MAPK) (Banton dan Tunnacliffe, 2012). Erkut et al., 2013). Faktor transkripsi spesifik diketahui mengatur ekspresi banyak gen dan jalur yang mempengaruhi toleransi pengeringan. Sebagai contoh, hsf-1 mengatur respon sengatan panas dan banyak pendamping, skn-1/Nrf2 adalah pengatur utama dari respons stres oksidatif, dan daf-16/ FOXO secara transkripsi mengatur banyak gen yang terlibat dalam shunt glioksilat dan sintesis trehalosa selama kelaparan (Hsu et al., 2003 Park et al., 2009 Brunquell et al., 2016 Hibshman et al., 2017). Namun, belum ada penelitian yang secara khusus menguji peran beberapa faktor transkripsi yang terkenal ini selama pengeringan. Alat yang tersedia di C. elegan menjadikannya sistem model hewan yang ideal untuk menyelidiki sifat spasial dan temporal pensinyalan yang diperlukan untuk memasang respons pengeringan.

Pelajaran Dari Nematoda

Studi toleransi pengeringan dalam sistem genetik telah memfasilitasi penemuan lebih banyak gen yang terkait dengan kelangsungan hidup pengeringan daripada di Artemia dan tardigrade. Lebih banyak gen daripada yang dibahas di atas berperan dalam toleransi pengeringan. Gen-gen ini (dari Erkut et al., 2013) termasuk dalam Tabel 1. Meskipun C. elegan penelitian telah mengungkap sejumlah besar pemain molekuler baru, mekanisme di mana banyak dari gen ini berkontribusi untuk bertahan hidup tetap tidak jelas. Penelitian lebih lanjut tentang C. elegan resistensi pengeringan harus produktif menuju penemuan lanjutan dari pelindung dan penggambaran jalur sinyal yang berkontribusi untuk kelangsungan hidup, dan untuk lebih memahami mekanisme yang digunakan oleh hewan secara lebih umum. Mekanisme molekuler yang diidentifikasi dalam C. elegan cenderung dilestarikan di antara nematoda lain, karena studi tentang ekspresi gen menemukan peningkatan regulasi selama pengeringan pelindung serupa seperti dijelaskan di atas. Sebagai contoh Panagrolaimus superbus meningkatkan ekspresi protein heat shock kecil, protein LEA, dan beberapa antioksidan dalam menanggapi pengeringan (Tyson et al., 2012).


KESIMPULAN

Terlepas dari kelimpahan dan distribusi kosmopolitan mereka secara keseluruhan, Tardigrada relatif diabaikan oleh ahli zoologi invertebrata. Karena kesulitan dalam mengumpulkan dan membiakkan organisme dan kurangnya nilai ekonomi bagi manusia, pengetahuan kita tentang tardigrade tertinggal dari kelompok lain. Namun, pentingnya mereka dalam menjelaskan filogeni Metazoa, khususnya arthropoda, baru-baru ini meningkatkan minat pada kelompok ini. Selain itu, perkembangan dan ekologinya kurang dipahami, dan pelatihan yang tepat dari ahli taksonomi yang terampil dalam mengidentifikasi spesies tardigrade sangat penting untuk analisis sistematis, ekologis, dan molekuler.

Tabel 1. Pembagian Filum Tardigrada dengan Klasifikasi Habitat (Nelson, 2001)


Isi

Konveksi dapat "dipaksa" oleh pergerakan fluida dengan cara selain gaya apung (misalnya, pompa air di mesin mobil). Ekspansi termal cairan juga dapat memaksa konveksi. Dalam kasus lain, gaya apung alami saja yang sepenuhnya bertanggung jawab untuk gerakan fluida ketika fluida dipanaskan, dan proses ini disebut "konveksi alami". Contohnya adalah angin di cerobong asap atau di sekitar api apa pun. Dalam konveksi alami, peningkatan suhu menghasilkan pengurangan kepadatan, yang pada gilirannya menyebabkan gerakan fluida karena tekanan dan gaya ketika cairan dengan kepadatan berbeda dipengaruhi oleh gravitasi (atau gaya g apa pun). Misalnya, ketika air dipanaskan di atas kompor, air panas dari dasar panci naik, menggantikan cairan yang lebih dingin dan lebih padat, yang jatuh. Setelah pemanasan berhenti, pencampuran dan konduksi dari konveksi alami ini akhirnya menghasilkan kerapatan yang hampir homogen, dan bahkan suhu. Tanpa kehadiran gravitasi (atau kondisi yang menyebabkan gaya g jenis apa pun), konveksi alami tidak terjadi, dan hanya mode konveksi paksa yang beroperasi.

Mode perpindahan panas konveksi terdiri dari satu mekanisme. Selain transfer energi karena gerakan molekul tertentu (difusi), energi ditransfer oleh massal, atau makroskopik, gerakan fluida. Gerakan ini dikaitkan dengan fakta bahwa, setiap saat, sejumlah besar molekul bergerak secara kolektif atau sebagai agregat. Gerakan seperti itu, dengan adanya gradien suhu, berkontribusi pada perpindahan panas. Karena molekul-molekul dalam agregat mempertahankan gerakan acaknya, perpindahan panas total kemudian disebabkan oleh superposisi transpor energi oleh gerakan acak molekul dan oleh gerakan massal fluida. Biasanya menggunakan istilah konveksi bila mengacu pada pengangkutan kumulatif ini dan istilah adveksi bila mengacu pada pengangkutan karena gerakan fluida curah. [1]

Dua jenis perpindahan panas konveksi dapat dibedakan:

    : ketika gerakan fluida disebabkan oleh gaya apung yang dihasilkan dari variasi densitas akibat variasi suhu ± termal dalam fluida. Dengan tidak adanya sumber internal, ketika cairan bersentuhan dengan permukaan yang panas, molekulnya terpisah dan menyebar, menyebabkan cairan menjadi kurang padat. Akibatnya, cairan dipindahkan sementara cairan yang lebih dingin menjadi lebih padat dan cairan tenggelam. Dengan demikian, volume yang lebih panas mentransfer panas ke volume yang lebih dingin dari cairan itu. [2] Familiar examples are the upward flow of air due to a fire or hot object and the circulation of water in a pot that is heated from below. : when a fluid is forced to flow over the surface by an internal source such as fans, by stirring, and pumps, creating an artificially induced convection current. [3]

In many real-life applications (e.g. heat losses at solar central receivers or cooling of photovoltaic panels), natural and forced convection occur at the same time (mixed convection). [4]

Internal and external flow can also classify convection. Internal flow occurs when a fluid is enclosed by a solid boundary such as when flowing through a pipe. An external flow occurs when a fluid extends indefinitely without encountering a solid surface. Both of these types of convection, either natural or forced, can be internal or external because they are independent of each other. [ kutipan diperlukan ] The bulk temperature, or the average fluid temperature, is a convenient reference point for evaluating properties related to convective heat transfer, particularly in applications related to flow in pipes and ducts.

Further classification can be made depending on the smoothness and undulations of the solid surfaces. Not all surfaces are smooth, though a bulk of the available information deals with smooth surfaces. Wavy irregular surfaces are commonly encountered in heat transfer devices which include solar collectors, regenerative heat exchangers, and underground energy storage systems. They have a significant role to play in the heat transfer processes in these applications. Since they bring in an added complexity due to the undulations in the surfaces, they need to be tackled with mathematical finesse through elegant simplification techniques. Also, they do affect the flow and heat transfer characteristics, thereby behaving differently from straight smooth surfaces. [5]

For a visual experience of natural convection, a glass filled with hot water and some red food dye may be placed inside a fish tank with cold, clear water. The convection currents of the red liquid may be seen to rise and fall in different regions, then eventually settle, illustrating the process as heat gradients are dissipated.

Convection-cooling is sometimes loosely assumed to be described by Newton's law of cooling. [6]

Newton's law states that the rate of heat loss of a body is proportional to the difference in temperatures between the body and its surroundings while under the effects of a breeze. The constant of proportionality is the heat transfer coefficient. [7] The law applies when the coefficient is independent, or relatively independent, of the temperature difference between object and environment.

In classical natural convective heat transfer, the heat transfer coefficient is dependent on the temperature. However, Newton's law does approximate reality when the temperature changes are relatively small, and for forced air and pumped liquid cooling, where the fluid velocity does not rise with increasing temperature difference.

The basic relationship for heat transfer by convection is:

The convective heat transfer coefficient is dependent upon the physical properties of the fluid and the physical situation. Nilai dari H have been measured and tabulated for commonly encountered fluids and flow situations.


175 Homeostasis

Pada akhir bagian ini, Anda akan dapat melakukan hal berikut:

  • Definisi homeostasis
  • Jelaskan faktor faktor yang mempengaruhi homeostasis
  • Diskusikan mekanisme umpan balik positif dan negatif yang digunakan dalam homeostasis
  • Jelaskan termoregulasi hewan endotermik dan ektotermik!

Organ dan sistem organ hewan secara konstan menyesuaikan diri dengan perubahan internal dan eksternal melalui proses yang disebut homeostasis ("keadaan tetap"). Perubahan ini mungkin dalam tingkat glukosa atau kalsium dalam darah atau suhu eksternal. Homeostasis berarti menjaga keseimbangan dinamis dalam tubuh. Ini dinamis karena terus menyesuaikan diri dengan perubahan yang dihadapi sistem tubuh. Ini adalah keseimbangan karena fungsi tubuh disimpan dalam rentang tertentu. Bahkan hewan yang tampaknya tidak aktif mempertahankan keseimbangan homeostatis ini.

Proses Homeostatik

The goal of homeostasis is the maintenance of equilibrium around a point or value called a set point . Meskipun ada fluktuasi normal dari titik setel, sistem tubuh biasanya akan berusaha untuk kembali ke titik ini. Perubahan lingkungan internal atau eksternal disebut stimulus dan dideteksi oleh reseptor respon sistem adalah menyesuaikan parameter deviasi menuju set point. Misalnya, jika tubuh menjadi terlalu hangat, penyesuaian dilakukan untuk mendinginkan hewan. Jika glukosa darah naik setelah makan, penyesuaian dilakukan untuk menurunkan kadar glukosa darah dengan memasukkan nutrisi ke dalam jaringan yang membutuhkannya atau menyimpannya untuk digunakan nanti.

Kontrol Homeostasis

Ketika perubahan terjadi di lingkungan hewan, penyesuaian harus dilakukan. Reseptor merasakan perubahan di lingkungan, kemudian mengirimkan sinyal ke pusat kendali (dalam banyak kasus, otak) yang pada gilirannya menghasilkan respons yang disinyalkan ke efektor. Efektor adalah otot (yang berkontraksi atau berelaksasi) atau kelenjar yang mengeluarkan. Homeostatsis dipertahankan oleh loop umpan balik negatif. Putaran umpan balik positif sebenarnya mendorong organisme lebih jauh dari homeostasis, tetapi mungkin diperlukan agar kehidupan dapat terjadi. Homeostasis dikendalikan oleh sistem saraf dan endokrin mamalia.

Mekanisme Umpan Balik Negatif

Any homeostatic process that changes the direction of the stimulus is a negative feedback loop . Ini dapat meningkatkan atau menurunkan stimulus, tetapi stimulus tidak diperbolehkan untuk melanjutkan seperti yang terjadi sebelum reseptor merasakannya. Dengan kata lain, jika level terlalu tinggi, tubuh melakukan sesuatu untuk menurunkannya, dan sebaliknya, jika level terlalu rendah, tubuh melakukan sesuatu untuk membuatnya naik. Oleh karena itu istilah umpan balik negatif. Contohnya adalah pemeliharaan kadar glukosa darah hewan. Ketika seekor hewan telah makan, kadar glukosa darah meningkat. Ini dirasakan oleh sistem saraf. Sel-sel khusus di pankreas merasakan hal ini, dan hormon insulin dilepaskan oleh sistem endokrin. Insulin causes blood glucose levels to decrease, as would be expected in a negative feedback system, as illustrated in (Figure). Namun, jika seekor hewan belum makan dan kadar glukosa darah menurun, ini dirasakan di kelompok sel lain di pankreas, dan hormon glukagon dilepaskan menyebabkan kadar glukosa meningkat. Ini masih merupakan lingkaran umpan balik negatif, tetapi tidak ke arah yang diharapkan oleh penggunaan istilah "negatif". Contoh lain dari peningkatan sebagai akibat dari loop umpan balik adalah kontrol kalsium darah. Jika kadar kalsium menurun, sel-sel khusus di kelenjar paratiroid merasakan hal ini dan melepaskan hormon paratiroid (PTH), menyebabkan peningkatan penyerapan kalsium melalui usus dan ginjal dan, mungkin, pemecahan tulang untuk membebaskan kalsium. Efek PTH adalah untuk meningkatkan tingkat darah elemen. Loop umpan balik negatif adalah mekanisme utama yang digunakan dalam homeostasis.


Putaran Umpan Balik Positif

Sebuah loop umpan balik positif mempertahankan arah stimulus, mungkin mempercepatnya. Beberapa contoh loop umpan balik positif ada di tubuh hewan, tetapi satu ditemukan dalam kaskade reaksi kimia yang mengakibatkan pembekuan darah, atau koagulasi. Saat salah satu faktor pembekuan diaktifkan, faktor tersebut mengaktifkan faktor berikutnya secara berurutan sampai bekuan fibrin tercapai. Arahnya dipertahankan, tidak diubah, jadi ini adalah umpan balik positif. Another example of positive feedback is uterine contractions during childbirth, as illustrated in (Figure). Hormon oksitosin, yang dibuat oleh sistem endokrin, merangsang kontraksi rahim. Ini menghasilkan rasa sakit yang dirasakan oleh sistem saraf. Alih-alih menurunkan oksitosin dan menyebabkan rasa sakit mereda, lebih banyak oksitosin diproduksi sampai kontraksi cukup kuat untuk melahirkan.


Nyatakan apakah setiap proses berikut diatur oleh loop umpan balik positif atau loop umpan balik negatif.

  1. Seseorang merasa kenyang setelah makan dalam porsi besar.
  2. Darah memiliki banyak sel darah merah. Akibatnya, eritropoietin, hormon yang merangsang produksi sel darah merah baru, tidak lagi dilepaskan dari ginjal.

Set point

Dimungkinkan untuk menyesuaikan titik setel sistem. Ketika ini terjadi, loop umpan balik berfungsi untuk mempertahankan pengaturan baru. Contohnya adalah tekanan darah: seiring waktu, titik normal atau set point untuk tekanan darah dapat meningkat sebagai akibat dari peningkatan tekanan darah yang berkelanjutan. Tubuh tidak lagi mengenali elevasi sebagai abnormal dan tidak ada upaya yang dilakukan untuk kembali ke set point yang lebih rendah. Hasilnya adalah pemeliharaan tekanan darah tinggi yang dapat memiliki efek berbahaya pada tubuh. Obat dapat menurunkan tekanan darah dan menurunkan titik setel dalam sistem ke tingkat yang lebih sehat. This is called a process of alteration of the set point in a feedback loop.

Perubahan dapat dilakukan dalam sekelompok sistem organ tubuh untuk mempertahankan titik setel di sistem lain. This is called acclimatization . This occurs, for instance, when an animal migrates to a higher altitude than that to which it is accustomed. Untuk menyesuaikan dengan tingkat oksigen yang lebih rendah di ketinggian baru, tubuh meningkatkan jumlah sel darah merah yang beredar dalam darah untuk memastikan pengiriman oksigen yang cukup ke jaringan. Contoh lain dari aklimatisasi adalah hewan yang memiliki perubahan musim pada mantel mereka: mantel yang lebih berat di musim dingin memastikan retensi panas yang memadai, dan mantel ringan di musim panas membantu menjaga suhu tubuh agar tidak naik ke tingkat yang berbahaya.

Mekanisme umpan balik dapat dipahami dalam hal mengendarai mobil balap di sepanjang trek: tonton video pelajaran singkat tentang putaran umpan balik positif dan negatif.

Homeostasis: Termoregulasi

Suhu tubuh mempengaruhi aktivitas tubuh. Umumnya, saat suhu tubuh naik, aktivitas enzim juga meningkat. Untuk setiap kenaikan suhu sepuluh derajat celcius, aktivitas enzim berlipat ganda, hingga suatu titik. Protein tubuh, termasuk enzim, mulai mengalami denaturasi dan kehilangan fungsinya dengan panas tinggi (sekitar 50 o C untuk mamalia). Aktivitas enzim akan berkurang setengahnya untuk setiap penurunan suhu sepuluh derajat celcius, sampai titik beku, dengan beberapa pengecualian. Beberapa ikan dapat menahan pembekuan padat dan kembali normal dengan pencairan.

Tonton video Discovery Channel tentang termoregulasi untuk melihat ilustrasi proses ini pada berbagai hewan.

Endoterm dan Ektoterm

Hewan dapat dibagi menjadi dua kelompok: beberapa mempertahankan suhu tubuh yang konstan dalam menghadapi suhu lingkungan yang berbeda, sementara yang lain memiliki suhu tubuh yang sama dengan lingkungan mereka dan dengan demikian bervariasi dengan lingkungan. Animals that do not control their body temperature are ectotherms. Kelompok ini disebut berdarah dingin, tetapi istilah itu mungkin tidak berlaku untuk hewan di gurun dengan suhu tubuh yang sangat hangat. In contrast to ectotherms, which rely on external temperatures to set their body temperatures, poikilotherms are animals with constantly varying internal temperatures. Hewan yang mempertahankan suhu tubuh konstan dalam menghadapi perubahan lingkungan disebut homeoterm. Endotherms are animals that rely on internal sources for body temperature but which can exhibit extremes in temperature. These animals are able to maintain a level of activity at cooler temperature, which an ectotherm cannot due to differing enzyme levels of activity.

Heat can be exchanged between an animal and its environment through four mechanisms: radiation, evaporation, convection, and conduction ((Figure)). Radiation is the emission of electromagnetic “heat” waves. Heat comes from the sun in this manner and radiates from dry skin the same way. Heat can be removed with liquid from a surface during evaporation. This occurs when a mammal sweats. Convection currents of air remove heat from the surface of dry skin as the air passes over it. Heat will be conducted from one surface to another during direct contact with the surfaces, such as an animal resting on a warm rock.


Konservasi Panas dan Disipasi

Hewan melestarikan atau menghilangkan panas dalam berbagai cara. Dalam iklim tertentu, hewan endotermik memiliki beberapa bentuk isolasi, seperti bulu, lemak, bulu, atau kombinasinya. Hewan dengan bulu tebal atau bulu menciptakan lapisan isolasi udara antara kulit dan organ dalam mereka. Beruang kutub dan anjing laut hidup dan berenang di lingkungan yang sangat dingin, namun mempertahankan suhu tubuh yang konstan dan hangat. Rubah Arktik, misalnya, menggunakan ekornya yang halus sebagai insulasi ekstra saat ia meringkuk untuk tidur dalam cuaca dingin. Mamalia memiliki efek sisa dari menggigil dan peningkatan aktivitas otot: otot arrector pili menyebabkan "merinding," menyebabkan rambut-rambut kecil berdiri ketika individu kedinginan ini memiliki efek yang dimaksudkan untuk meningkatkan suhu tubuh. Mamalia menggunakan lapisan lemak untuk mencapai tujuan yang sama. Kehilangan sejumlah besar lemak tubuh akan membahayakan kemampuan individu untuk menghemat panas.

Endoterm menggunakan sistem peredaran darah mereka untuk membantu menjaga suhu tubuh. Vasodilatasi membawa lebih banyak darah dan panas ke permukaan tubuh, memfasilitasi radiasi dan kehilangan panas melalui penguapan, yang membantu mendinginkan tubuh. Vasokonstriksi mengurangi aliran darah di pembuluh darah perifer, memaksa darah menuju inti dan organ vital yang ditemukan di sana, dan menghemat panas. Some animals have adaptions to their circulatory system that enable them to transfer heat from arteries to veins, warming blood returning to the heart. Ini disebut pertukaran panas berlawanan arah yang mencegah darah vena dingin mendinginkan jantung dan organ dalam lainnya. This adaption can be shut down in some animals to prevent overheating the internal organs. The countercurrent adaption is found in many animals, including dolphins, sharks, bony fish, bees, and hummingbirds. Sebaliknya, adaptasi serupa dapat membantu mendinginkan endotermik saat dibutuhkan, seperti cacing lumba-lumba dan telinga gajah.

Beberapa hewan ektotermik menggunakan perubahan perilaku mereka untuk membantu mengatur suhu tubuh. Misalnya, hewan ektotermik gurun mungkin hanya mencari daerah yang lebih dingin selama bagian terpanas hari di gurun agar tidak terlalu hangat. Hewan yang sama mungkin memanjat ke batu untuk menangkap panas selama malam gurun yang dingin. Beberapa hewan mencari air untuk membantu penguapan dalam mendinginkan mereka, seperti yang terlihat pada reptil. Ektoterm lainnya menggunakan aktivitas kelompok seperti aktivitas lebah untuk menghangatkan sarang untuk bertahan hidup di musim dingin.

Banyak hewan, terutama mamalia, menggunakan panas sisa metabolisme sebagai sumber panas. Ketika otot berkontraksi, sebagian besar energi dari ATP yang digunakan dalam aksi otot adalah energi yang terbuang yang diterjemahkan menjadi panas. Dingin yang parah menimbulkan refleks menggigil yang menghasilkan panas bagi tubuh. Banyak spesies juga memiliki jenis jaringan adiposa yang disebut lemak coklat yang berspesialisasi dalam menghasilkan panas.

Kontrol Saraf Termoregulasi

The nervous system is important to thermoregulation , as illustrated in (Figure). Proses homeostasis dan kontrol suhu dipusatkan di hipotalamus otak hewan tingkat lanjut.


Ketika bakteri dihancurkan oleh leukosit, pirogen dilepaskan ke dalam darah. Pirogen mengatur ulang termostat tubuh ke suhu yang lebih tinggi, yang mengakibatkan demam. Bagaimana pirogen dapat menyebabkan suhu tubuh meningkat?

The hypothalamus maintains the set point for body temperature through reflexes that cause
vasodilation and sweating when the body is too warm, or vasoconstriction and shivering when the body is too cold. Ini merespon bahan kimia dari tubuh. Ketika bakteri dihancurkan oleh leukosit fagosit, bahan kimia yang disebut pirogen endogen dilepaskan ke dalam darah. Pirogen ini bersirkulasi ke hipotalamus dan mengatur ulang termostat. Hal ini memungkinkan suhu tubuh meningkat dalam apa yang biasa disebut demam. Peningkatan suhu tubuh menyebabkan zat besi disimpan, yang mengurangi nutrisi yang dibutuhkan oleh bakteri. Peningkatan panas tubuh juga meningkatkan aktivitas enzim dan sel pelindung hewan sekaligus menghambat enzim dan aktivitas mikroorganisme yang menyerang. Akhirnya, panas itu sendiri juga dapat membunuh patogen. Demam yang dulunya dianggap sebagai komplikasi infeksi sekarang dipahami sebagai mekanisme pertahanan yang normal.

Ringkasan Bagian

Homeostasis adalah keseimbangan dinamis yang dipertahankan dalam jaringan dan organ tubuh. Ini dinamis karena terus menyesuaikan diri dengan perubahan yang dihadapi sistem. It is in equilibrium because body functions are kept within a normal range, with some fluctuations around a set point for the processes.

Pertanyaan Koneksi Visual

(Figure) State whether each of the following processes are regulated by a positive feedback loop or a negative feedback loop.

  1. Seseorang merasa kenyang setelah makan dalam porsi besar.
  2. Darah memiliki banyak sel darah merah. Akibatnya, eritropoietin, hormon yang merangsang produksi sel darah merah baru, tidak lagi dilepaskan dari ginjal.

(Figure) Both processes are the result of negative feedback loops. Negative feedback loops, which tend to keep a system at equilibrium, are more common than positive feedback loops.

(Figure) When bacteria are destroyed by leuckocytes, pyrogens are released into the blood. Pirogen mengatur ulang termostat tubuh ke suhu yang lebih tinggi, yang mengakibatkan demam. Bagaimana pirogen dapat menyebabkan suhu tubuh meningkat?

(Figure) Pyrogens increase body temperature by causing the blood vessels to constrict, inducing shivering, and stopping sweat glands from secreting fluid.

Review Questions

Ketika dihadapkan dengan penurunan suhu lingkungan yang tiba-tiba, hewan endotermik akan:

  1. mengalami penurunan suhu tubuhnya
  2. tunggu untuk melihat apakah itu turun
  3. meningkatkan aktivitas otot untuk menghasilkan panas
  4. tambahkan bulu atau lemak untuk meningkatkan isolasi

Manakah contoh umpan balik negatif?

  1. menurunkan glukosa darah setelah makan
  2. pembekuan darah setelah cedera
  3. laktasi selama menyusui
  4. kontraksi rahim selama persalinan

Metode pertukaran panas mana yang terjadi selama kontak langsung antara sumber dan hewan?

Termostat tubuh terletak di ________.

Manakah dari berikut ini bukan true about acclimatization?

  1. Acclimatization allows animals to compensate for changes in their environment.
  2. Acclimatization improves function in a new environment.
  3. Acclimatization occurs when an animal tries to reestablish a homeostatic set point.
  4. Acclimatization is passed on to offspring of acclimated individuals.

Manakah dari berikut ini bukan a way that ectotherms can change their body temperatures?

  1. Sweating for evaporative cooling.
  2. Adjusting the timing of their daily activities.
  3. Seek out or avoid direct sunlight.
  4. Huddle in a group.

Pertanyaan Berpikir Kritis

Mengapa loop umpan balik negatif digunakan untuk mengontrol homeostasis tubuh?

Penyesuaian terhadap perubahan lingkungan internal atau eksternal memerlukan perubahan arah stimulus. Sebuah loop umpan balik negatif menyelesaikan ini, sementara loop umpan balik positif akan melanjutkan stimulus dan mengakibatkan kerusakan pada hewan.

Mengapa demam adalah "hal yang baik" selama infeksi bakteri?

Enzim mamalia meningkatkan aktivitas ke titik denaturasi, meningkatkan aktivitas kimia sel yang terlibat. Enzim bakteri memiliki suhu spesifik untuk aktivitasnya yang paling efisien dan dihambat pada suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah. Demam mengakibatkan peningkatan penghancuran bakteri yang menyerang dengan meningkatkan efektivitas pertahanan tubuh dan metabolisme bakteri yang menghambat.

Bagaimana kondisi seperti diabetes merupakan contoh yang baik dari kegagalan set point pada manusia?

Diabetes sering dikaitkan dengan kurangnya produksi insulin. Tanpa insulin, kadar glukosa darah naik setelah makan, tetapi tidak pernah kembali ke tingkat normal.

On a molecular level, how can endotherms produce their own heat by adjusting processes associated with cellular respiration? If needed, review Ch. 7 for details on respiration.

Animals are capable of thermal uncoupling when they need to generate heat to maintain their body temperatures. In this process, an uncoupling protein provides a channel in the inner mitochondrial membrane that allows protons to leave the lumen without moving through the ATP synthase. This generates heat rather than chemical energy as the final product of cellular respiration.

Glosarium


Ucapan Terima Kasih

Thanks are due to Eva-Maria Huber, Irina Panchuk, Roman Volkov and Markus Wunderlich for their help with the real-time quantification technique,Karl-Heinz Helmer for the SEM images and to Eva Schwörtzer for general assistance. We also wish to thank Alan Tunnacliffe and Jim Clegg for their helpful advice and critical discussion on the manuscript and Marcelo Sánchez-Villagra for proofreading. This study was financed by the Wilhelm Schuler Foundation, Tübingen, Germany.


Tonton videonya: FILM PENDEK FREE FIRE!! SQUID GAME VERSI FREE FIRE!! PART 1!! (November 2022).