Temperatuurregulering (biologie)

Temperatuur bepaal nie net die geografiese verspreiding van lewende wesens nie maar ook hul individuele aktiwiteite; onderkant ŉ bepaalde minimum en bokant ŉ sekere maksimum is geen aktiewe lewe moontlik nie. Die optimale temperatuur is vir elke soort wese verskillend. In die diereryk kan 2 groepe onderskei word ten opsigte van hul liggaamstemperature en die regulering daarvan.

Koudbloedige diere besit nie ‘n vaste liggaamstemperatuur nie: hul liggaamstemperature, en daarmee saam hul metabolismetempo, wissel saam met die omgewingstemperatuur. Warmbloedige diere handhaaf wel 'n konstante liggaamstemperatuur en is derhalwe heelwat minder afhanklik van hul omgewing. Indien die invloed van die temperatuur op die lewensprosesse van plante of diere deur 'n grafiek voorgestel word, vertoon die resultate ŉ optimumkurwe: 'n Temperatuuroptimum lê tussen 'n minimum temperatuur waaronder en ŉ maksimum temperatuur waarbo geen lewe moontlik is nie.

Elke soort organisme besit sy eie temperatuuroptimum, wat bepaal word deur die optima van sy ensiemsisteme. By tropiese plante is die optimum hoog, en daarom ontwikkel hulle swak en stadig in koel en koue klimate: vir plante uit koue streke lê die optimum laag, en daarom kan hierdie plante nie in tropiese streke floreer nie. Temperatuur is dus 'n belangrike faktor by die verspreiding van plante oor die aarde. Ware temperatuurregulering, soos dit by die mens en sommige (warmbloedige) diere voorkom, word nie by plante aangetref nie.

In koue streke vind 'n mens baie eenjarige plante wat in die winter afsterf, maar waarvan die goed beskermde spore en sade in die daaropvolgende lente weer ontkiem. Ander plante sterf bogronds af maar oorwinter ondergronds as belle, knolle of wortelstokke. In die diereryk word daar op grond van hul liggaamstemperature en die regulering daarvan 'n onderskeid gemaak tussen 2 groepe: poikilotermiese (koudbloedige) of homotermiese (warmbloedige) diere.

 Poikilotermie 
Verreweg die meeste diere is poikilotermies en hul liggaamstemperatuur wissel saam met die van die omgewing. Hierdie diere het hul grootste verspreiding in die warmer dele van die wêreld. In die gematigde landstreke kruip die poikilotermiese diere in die winter weg om hulle teen die koue te beskerm: paddas in modder, slange onder droë blare, ensovoorts. Hul liggaamstemperature daal - daarmee saam hul metaboliese prosesse en -aktiwiteite - sodat die behoefte aan voedsel en suurstof afneem en die dier in 'n toestand van skyndood of letargie oorwinter.

By 'n aantal koudbloediges is daar 'n mate van temperatuurregulering moontlik. Op koel dae of soggens vroeg word baie reptiele waargeneem waar hulle in die son lê; sodoende word die stralingswarmte gebruik om hul liggaamstemperature bo die van die omgewing te laat styg. Op die warmste tyd van die dag skuil hulle weer in skaduryke plekke om oorverhitting te voorkom. By kolonievormende vliesvlerkiges (bye, termiete) kom sosiale temperatuurregulering voor; oorwinterende bye kruip teen mekaar vas met die koningin in die middel.

As die temperatuur tot onder die toelaatbare vlak daal, produseer die bye warmte deur ŉ verhoogde metabolisme in hul borsspiere. Die warmte word dan in die omgewing vrygestel. Gedurende die somer, wanneer 'n gevaar van oorverhitting bestaan, stel die diere hulle voor die opening van die korf op en wek met hulle vlerke 'n lugstroom op wat die korf ventileer. Water word ook van buite aangedra, wat dan as 'n dun film langs al die koeke aangebring word. Deur verdamping van die water word warmte aan die omgewing onttrek, waardeur die temperatuur in die korf natuurlik daal.

 Homotermie 
Alle voëls en soogdiere kan, onafhanklik van die buitewêreld, 'n konstante liggaamstemperatuur handhaaf aangesien hulle warmbloedig of homotermies (ook homoiotermies) is. Hul liggaamstemperature is aansienlik hoër as die van die omgewing; by voëls is dit rondom 40 °C en by soogdiere sowat 38 °C. By voëlsoorte waarvan die kuikens vir die eerste deel van hul lewens volkome van hul ouers afhanklik is (nesblyers), ondervind die kleintjies aanvanklik groot probleme met die regulering en handhawing van hul liggaamstemperature; hulle word eers na 'n ruk egte homoterme.

Die kuikens van hoenders, fisante of kiewiete is onmiddellik nadat hulle uit die eier gekom het, selfversorgend; sulke nesverlaters ondervind ook geen probleme ten opsigte van temperatuurregulering nie. Hierdie verskil kom ook by soogdiere en die mens voor. Pasgebore babas ("nesblyers") ondervind byvoorbeeld ook baie probleme ten opsigte van temperatuurregulering, veral wanneer hulle vroeggebore is.

 Regulering 
Die probleem ten opsigte van die regulering van liggaamstemperatuur is die grootste by landlewende diere aangesien die watertemperatuur nie so skerp wissel soos lugtemperatuur nie. Homotermiese diere moet sorg dra dat geen warmte verlore gaan wanneer die omgewingstemperatuur laag is nie. Warmte-isolasie word bevorder deurdat die dier, ŉ dik pels, 'n veredos en/of 'n onderhuidse vetlaag besit. Hare en vere kan ook verder opgeblaas word deur middel van spiertjies wat aan die haar- en veersakkies vasgeheg is.

Hierdeur word die isolerende luglaag om die vel nog dikker en die warmte-isolasie word verbeter. Die arbeid wat die spiertjies verrig, ontwikkel bykomende warmte. By die mens, wat nie oor 'n egte pels beskik nie, bestaan die refleks om die hare te laat regopstaan egter nog ("hoendervleis"). Verlies aan warmte kan nog verder beperk word deur die vernouing van die bloedvate in die vel (die bleek velkleur by die mens tydens koue).

'n Verhoging in warmteproduksie word deur verhoogde metabolisme en bykomende spierarbeid (bewing) bewerkstellig. Wanneer die omgewingstemperatuur so hoog is dat die warmte wat normaalweg deur middel van metabolisme in die liggaam geproduseer word, nie voldoende weggevoer kan word nie, ontstaan die gevaar van 'n verhoging in die liggaamstemperatuur. By die mens is sonstraal, met die gepaardgaande verskynsels van hoofpyn, mislikheid en floutes, 'n goeie voorbeeld hiervan.

Om sulke oorverhitting te voorkom, maak die mens en dier gebruik van die afkoelende werking van verdampende water. Onsigbare verdamping vind deur die vel plaas, waardeur warmte aan die liggaam onttrek word. Deur die bloedvoorsiening na die vel te verhoog, kan hierdie verdamping nog hoër gemaak word. Die liggaam verloor ook water deur uitgeasemde lug. Deur versnelde asemhaling word baie  waterdamp afgevoer. Nuwe waterdamp kan nou in die longe ontstaan, met 'n gepaardgaande afkoeling.

Voëls maak veral van versnelde asemhaling gebruik om die gewenste afkoeling in hul lugsakke tot stand te bring. Ook soogdiere maak van hierdie vorm van afkoeling gebruik: Op warm dae is dit byvoorbeeld 'n algemene verskynsel dat 'n hond hyg terwyl sy tong ver by sy bek uithang; water verdamp vanaf die oppervlak van sy tong. Katte, konyne en kangaroes produseer baie speeksel en deur hulle intensief nat te lek, kan hulle die vog van hul veloppervlak laat verdamp.

Die doeltreffendste vorm van afkoeling is egter transpirasie (sweet). By die mens kom daar ongeveer 3,5 miljoen sweetkliertjies in die vel voor wat 10 tot 15 liter sweet per dag kan afskei: by verdamping beteken dit 'n hitteverlies van meer as 25 000 kJ. Primate besit ook goed ontwikkelde sweetkliere. Voëls en kleiner soogdiere besit daarenteen geen sweetkliere nie: sweet onttrek baie vog aan die liggaam en hoe kleiner die dier is, hoe kleiner is die watervoorraad in sy liggaam in verhouding tot die verdampingsoppervlakte.

Klein soogdiere lê selde in die son omdat die waterverlies deur middel van asemhaling en onsigbare verdamping dan te groot word. By koue geld net die omgekeerde: deur die groter oppervlakte/ volumeverhouding verloor 'n kleiner diertjie in 'n koue omgewing relatief meer warmte as 'n groot dier. Om sy liggaamstemperatuur konstant te hou, het hy dus in verhouding ook meer voedsel nodig as 'n groot dier. Kleiner diere ondervind dus probleme gedurende die winter, want nie alleen word die gevaar van warmteverlies al hoe groter nie, maar die hoeveelheid beskikbare voedsel neem ook af.

Dit lei daartoe dat talle klein knaagdiere, insekte-eters en ander klein soogdiere gedurende die ongunstige seisoen 'n winterslaap deurmaak. Hul liggaamstemperatuur daal dan skerp en hul metabolisme, hartslag en asemhaling neem sterk af - daarmee saam dus ook die behoefte aan voedingstowwe. Van tyd tot tyd moet die diere egter wakker word om nuwe brandstof in te neem; vandaar dat baie winterslapers ŉ voedselvoorraad aanlê. Voëls trek in die winter na warmer streke as die temperatuur in hul broeigebiede te laag daal.

 Bronnelys 
 Wêreldspektrum, 1982, , volume 27, bl. 112, 113