第33章動物の体:基本的な形態と機能
Heat Conservation and Dissipation熱の保持と放散
Animals conserve or dissipate heat in a variety of ways. In certain climates, endothermic animals have some form of insulation, such as fur, fat, feathers, or some combination thereof. Thick fur and feathers trap a layer of air that helps to provide thermal insulation. Polar bears and seals live and swim in a subfreezing environment and yet maintain a constant, warm, body temperature. The arctic fox, for example, uses its fluffy tail as extra insulation when it curls up to sleep in cold weather. Mammals have a residual effect from shivering and increased muscle activity: arrector pili muscles cause “goose bumps,” causing small hairs to stand up when the individual is cold; this has the intended effect of increasing body temperature. Mammals use layers of fat to achieve the same end. Loss of significant amounts of body fat will compromise an individual’s ability to conserve heat.
英語のヒント
動物はさまざまな方法で熱を保持したり放散したりする。特定の気候では、内温動物は毛皮、脂肪、羽毛、あるいはそれらの組合せといった断熱構造を持つ。厚い毛皮や羽毛は空気の層を閉じ込め、断熱を助ける。ホッキョクグマやアザラシは氷点下の環境で暮らし、泳ぎながらも、温かく一定の体温を維持する。例えばホッキョクギツネは、寒いときに丸まって眠る際、ふさふさした尾を追加の断熱材として使う。哺乳類には、震えや筋活動の増加に伴う名残の作用がある。寒いときに立毛筋が「鳥肌」を起こし、細い毛を立てる。これには体温を上げる働きがある。哺乳類は同じ目的のために脂肪の層も利用する。体脂肪が大きく減ると、熱を保持する能力が損なわれる。
Endotherms use their circulatory systems to help maintain body temperature. Vasodilation brings more blood and heat to the body surface, facilitating radiation and evaporative heat loss, which helps to cool the body. Vasoconstriction reduces blood flow in peripheral blood vessels, forcing blood toward the core and the vital organs found there, and conserving heat. Some animals have adaptations to their circulatory system that enable them to transfer heat from arteries to veins, warming blood returning to the heart. This is called a countercurrent heat exchange; it prevents the cold venous blood from cooling the heart and other internal organs. This adaptation can be shut down in some animals to prevent overheating the internal organs. The countercurrent adaptation is found in many animals, including dolphins, sharks, bony fish, bees, and hummingbirds. In contrast, similar adaptations can help cool endotherms when needed, such as dolphin flukes and elephant ears.
英語のヒント
内温動物は循環系を利用して体温の維持を助ける。血管拡張はより多くの血液と熱を体表へ運び、放射や蒸発による熱損失を促して、体を冷やす。血管収縮は末梢の血管の血流を減らし、血液を体の中心部と、そこにある重要な器官へ向かわせ、熱を保持する。循環系の適応によって動脈から静脈へ熱を移し、心臓へ戻る血液を温める動物もいる。これを向流熱交換といい、冷たい静脈血が心臓や他の内臓を冷やすのを防ぐ。動物によっては、内臓が過熱しないよう、この機構を停止できる。向流の適応は、イルカ、サメ、硬骨魚、ハチ、ハチドリなど、多くの動物に見られる。一方、イルカの尾びれやゾウの耳などのように、同様の適応が、必要なときに内温動物の体を冷やす助けになることもある。
Some ectothermic animals use changes in their behavior to help regulate body temperature. For example, a desert ectothermic animal may simply seek cooler areas during the hottest part of the day in the desert to keep from getting too warm. The same animals may climb onto rocks to capture heat during a cold desert night. Some animals seek water to aid evaporation in cooling them, as seen with reptiles. Other ectotherms use group activity such as the activity of bees to warm a hive to survive winter.
外温動物の中には、行動を変えることで体温調節を助けるものがいる。例えば砂漠の外温動物は、日中で最も暑い時間帯に、単に涼しい場所へ移動して体が熱くなりすぎるのを防ぐことがある。同じ動物が、寒い砂漠の夜には岩の上へ登って熱を得ることもある。爬虫類に見られるように、蒸発による冷却を助けるため水を求める動物もいる。冬を越すためにハチが巣を温める活動のように、集団で活動する外温動物もいる。
Many animals, especially mammals, use metabolic waste heat as a heat source. When muscles are contracted, most of the energy from the ATP used in muscle actions is wasted energy that translates into heat. Severe cold elicits a shivering reflex that generates heat for the body. Many species also have a type of adipose tissue called brown fat that specializes in generating heat.
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多くの動物、とりわけ哺乳類は、代謝で生じる廃熱を熱源として利用する。筋が収縮するとき、筋の活動に使われるATPのエネルギーの大半は、熱へ変わる廃エネルギーとなる。厳しい寒さは震え反射を引き起こし、体のための熱を生み出す。多くの種はまた、熱産生に特化した、褐色脂肪という種類の脂肪組織を持つ。
Neural Control of Thermoregulation体温調節の神経性制御
The nervous system is important to thermoregulation, as illustrated in Figure 33.22. The processes of homeostasis and temperature control are centered in the hypothalamus of the advanced animal brain.
図33.22に示すように、神経系は体温調節に重要である。恒常性と体温制御の過程は、高等な動物の脳にある視床下部を中心として行われる。
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. It responds to chemicals from the body. When a bacterium is destroyed by phagocytic leukocytes, chemicals called endogenous pyrogens are released into the blood. These pyrogens circulate to the hypothalamus and reset the thermostat. This allows the body’s temperature to increase in what is commonly called a fever. An increase in body temperature causes iron to be conserved, which reduces a nutrient needed by bacteria. An increase in body heat also increases the activity of the animal’s enzymes and protective cells while inhibiting the enzymes and activity of the invading microorganisms. Finally, heat itself may also kill the pathogen. A fever that was once thought to be a complication of an infection is now understood to be a normal defense mechanism.
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視床下部は、体が温まりすぎたときには血管拡張と発汗を起こし、冷えすぎたときには血管収縮と震えを起こす反射を通じて、体温の設定値を維持する。視床下部は体内からの化学物質に応答する。貪食作用を持つ白血球が細菌を破壊すると、内因性発熱物質と呼ばれる化学物質が血中へ放出される。これらの発熱物質は循環して視床下部に達し、温度調節器を設定し直す。これにより、一般に発熱と呼ばれる体温の上昇が起こる。体温が上昇すると鉄が保持され、細菌が必要とする栄養分が減る。体熱の増加はまた、侵入した微生物の酵素や活動を抑える一方で、動物の酵素や防御細胞の活動を高める。最後に、熱自体が病原体を殺すこともある。かつて感染症の合併症と考えられていた発熱は、今では正常な防御機構と理解されている。