Mekanisme Termoregulasi Pada Makhluk Hidup

Hewan dapat dibedakan menjadi endoterm dan ektoterm berdasarkan pengaturan suhunya. Endoterm, seperti burung dan mamalia, menggunakan panas metabolik untuk menjaga suhu internal yang stabil, seringkali berbeda dari lingkungan. Ectotherms, seperti kadal dan ular, tidak menggunakan panas metabolik untuk menjaga suhu tubuh mereka tetapi mengambil suhu lingkungan.

Baik endoterm dan ektoterm memiliki fitur adaptasi yang muncul dari seleksi alam yang membantu mereka menjaga suhu tubuh yang sehat. Adaptasi ini dapat berupa perilaku, anatomi, atau fisiologis. Beberapa adaptasi meningkatkan produksi panas di endoterm saat dingin. Lainnya, baik dalam endoterm dan ektoterm, meningkatkan atau menurunkan pertukaran panas dengan lingkungan.

Strategi perilaku

Bagaimana Anda mengatur suhu tubuh dengan menggunakan perilaku? Pada hari yang panas, Anda bisa berenang, minum air dingin, atau duduk di tempat teduh. Di hari yang dingin, Anda bisa mengenakan mantel, duduk di sudut yang nyaman, atau makan semangkuk sup panas.

Hewan bukan manusia memiliki jenis perilaku yang serupa. Misalnya, gajah menyemprot dirinya dengan air untuk mendinginkan tubuh di hari yang panas, dan banyak hewan mencari tempat teduh saat mereka terlalu hangat. Di sisi lain, kadal sering berjemur di atas batu panas untuk pemanasan, dan anak penguin berkerumun untuk menahan panas.

Beberapa ektoterm sangat pandai menggunakan strategi perilaku untuk pengaturan suhu sehingga mereka mempertahankan suhu tubuh yang cukup stabil, meskipun mereka tidak menggunakan panas metabolik untuk melakukannya.

Meningkatkan thermogenesis produksi panas

Endoterm memiliki berbagai cara untuk meningkatkan produksi panas metabolik, atau termogenesis, sebagai respons terhadap lingkungan yang dingin.

Salah satu cara untuk menghasilkan panas metabolik adalah melalui kontraksi otot misalnya, jika Anda menggigil tak terkendali saat Anda sangat kedinginan. Baik gerakan yang disengaja seperti menggosok tangan atau berjalan cepat dan menggigil meningkatkan aktivitas otot dan dengan demikian meningkatkan produksi panas.

Termogenesis nonshivering menyediakan mekanisme lain untuk produksi panas. Mekanisme ini bergantung pada jaringan lemak khusus yang dikenal sebagai lemak coklat, atau jaringan adiposa coklat. Beberapa mamalia, terutama hibernator dan bayi hewan, memiliki banyak lemak coklat. Lemak coklat mengandung banyak mitokondria dengan protein khusus yang memungkinkan mereka melepaskan energi dari molekul bahan bakar secara langsung sebagai panas alih-alih menyalurkannya ke dalam pembentukan ATP pembawa energi.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana energi dilepaskan sebagai panas dalam sel-sel lemak coklat, lihatlah bagian tentang protein yang terlepas dalam artikel fosforilasi oksidatif.

Mengontrol kehilangan dan perolehan panas

Hewan juga memiliki struktur tubuh dan respons fisiologis yang mengontrol seberapa banyak panas yang mereka tukarkan dengan lingkungan:

• Mekanisme peredaran darah, seperti mengubah pola aliran darah
• Isolasi, seperti bulu, lemak, atau bulu
• Mekanisme penguapan, seperti terengah-engah dan berkeringat
• Mekanisme peredaran darah

Permukaan tubuh adalah tempat utama terjadinya pertukaran panas dengan lingkungan. Mengontrol aliran darah ke kulit adalah cara penting untuk mengontrol laju kehilangan panas ke  atau keuntungan dari lingkungan.

Vasokonstriksi dan vasodilatasi

Dalam endoterm, darah hangat dari inti tubuh biasanya kehilangan panas ke lingkungan saat melewati kulit. Menyusut diameter pembuluh darah yang mensuplai kulit, suatu proses yang dikenal sebagai vasokonstriksi, mengurangi aliran darah dan membantu mempertahankan panas.

Di sisi lain, ketika endoterm perlu menyingkirkan panas, katakanlah, setelah berusaha keras melarikan diri dari predator, pembuluh darah ini akan melebar, atau melebar. Proses ini disebut vasodilatasi. Vasodilatasi meningkatkan aliran darah ke kulit dan membantu hewan kehilangan sebagian panas ekstra ke lingkungan.

Mamalia berbulu sering kali memiliki jaringan pembuluh darah khusus untuk pertukaran panas yang terletak di area kulit telanjang. Misalnya, kelinci memiliki telinga yang besar dengan jaringan pembuluh darah yang luas yang memungkinkan hilangnya panas dengan cepat. Adaptasi ini membantu mereka hidup di lingkungan gurun yang panas.

Beberapa ektoterm juga mengatur aliran darah ke kulit sebagai cara untuk menghemat panas. Misalnya, iguana mengurangi aliran darah ke kulit saat mereka berenang di air dingin untuk membantu mempertahankan panas yang mereka serap saat berada di darat.

Pertukaran panas berlawanan arah

Banyak burung dan mamalia memiliki penukar panas berlawanan arah, adaptasi sirkulasi yang memungkinkan panas dipindahkan dari pembuluh darah yang mengandung darah hangat ke pembuluh darah yang lebih dingin. Untuk melihat cara kerjanya, mari kita lihat contoh.

Di kaki burung rendam, arteri yang mengalir di kaki membawa darah hangat dari tubuh. Arteri diposisikan tepat di samping vena yang membawa darah dingin dari kaki. Darah hangat yang turun melewati sebagian besar panasnya ke darah dingin yang naik melalui konduksi. Ini berarti bahwa lebih sedikit panas yang hilang di kaki karena perbedaan suhu yang berkurang antara darah yang didinginkan dan lingkungan sekitarnya dan darah yang bergerak kembali ke inti tubuh akan relatif hangat, sehingga inti tidak menjadi dingin.

Isolasi

Cara lain untuk meminimalkan kehilangan panas ke lingkungan adalah melalui isolasi. Burung menggunakan bulu, dan kebanyakan mamalia menggunakan rambut atau bulu, untuk memerangkap lapisan udara di samping kulit dan mengurangi perpindahan panas ke lingkungan. Mamalia laut seperti paus menggunakan lemak, lapisan lemak yang tebal, sebagai penyekat yang kuat.

Dalam cuaca dingin, burung menggembungkan bulunya dan hewan mengangkat bulunya untuk menebalkan lapisan isolasi. Respon yang sama pada orang merinding tidak begitu efektif karena rambut tubuh kita terbatas. Jadi, kebanyakan dari kita memakai sweter!

Mekanisme penguapan

Hewan darat sering kehilangan air dari kulit, mulut, dan hidungnya karena penguapan ke udara. Penguapan menghilangkan panas dan dapat bertindak sebagai mekanisme pendinginan.

Misalnya, banyak mamalia dapat mengaktifkan mekanisme seperti berkeringat dan terengah-engah untuk meningkatkan pendinginan evaporasi sebagai respons terhadap suhu tubuh yang tinggi.

Saat berkeringat, kelenjar di kulit melepaskan air yang mengandung berbagai ion "elektrolit" yang kita isi dengan minuman olahraga. Hanya mamalia yang berkeringat.

Saat terengah-engah, hewan bernapas dengan cepat dan dangkal dengan mulut terbuka untuk meningkatkan penguapan dari permukaan mulut. Baik mamalia dan burung terengah-engah, atau setidaknya menggunakan strategi pernapasan serupa untuk menenangkan diri.

Pada beberapa spesies, seperti anjing, pendinginan evaporasi dari terengah-engah yang dikombinasikan dengan penukar panas arus balik membantu menjaga otak agar tidak terlalu panas.