Енергетичний баланс птахів і терморегуляція

Птахи мають високі показники базального обміну речовин & тому використовуйте енергію з високою швидкістю. Серед птахів пісенні птахи (вороб’яті) мають, як правило, вищі показники базального метаболізму, ніж непташині. І, звичайно, найменші птахи, колібрі, мають найвищі показники базального метаболізму серед усіх птахів. Загалом, базальна швидкість метаболізму (або BMR) пов'язана з масою, причому більші птахи витрачають менше енергії на одиницю ваги, ніж менші птахи.

Види	Маса (грам)	Ккал/кг/добу
Лебідь-трубач	8900	47
Коричневий пелікан	3500	75
Ворон звичайний	850	108
Американська кетрель	110	157
Горобець білокоронований	27	324
Будинок Рен	11	589
Rufous колібрі	3.5	1600

Порівняння з людьми?

Подвійні логарифмічні співвідношення між BMR та масою тіла для 21 птахів-рослиноїдних
з літератури (чорні кружечки) разом із даними, отриманими для руфового хвоста
(Фітотома рара; чорний трикутник). Рядок представляє регресію, отриману за допомогою них
значення, з рівнянням: BMR = 4,95 мб -0,286 (Rezende et al. 2001).

Log10 - специфічна для маси базальна швидкість метаболізму як функція маси тіла log10 у барбету, туканів, птахів,
фруктові голуби (в т.ч. Ducula pacifica), а також літаючі лисиці (птероподіди; Dobsonia moluccensis
& Pteropus vampyrus). Також показані стандартні криві для непаспаринів (Aschoff and Pohl 1970),
всі птахи (Рейнольдс і Лі, 1996), і всі ссавці (Рисунок: McNab 2001).

Як і при швидкості метаболізму, птахи, як правило, мають вищу температуру тіла, ніж ссавці. Загалом, температура тіла птахів коливається приблизно від 38 - 42 градусів С. Температура тіла великих нелітаючих птахів (наприклад, страусів та ему) та деяких водних птахів (наприклад, пінгвінів) знаходиться на нижньому кінці цього діапазону (& в межах ареал ссавців).

Джерело: http://fig.cox.miami.edu/

Райські птахи

Інтуїтивно приваблює зв’язок між низькою екологічною продуктивністю та метаболізмом тварин у посушливих умовах. Однак проста дихотомічна різниця між жарким та не посушливим середовищем приховує сукупність біотичних та абіотичних характеристик, будь-яка або всі з яких можуть враховувати спостереження за нижчими показниками BMR із збільшенням посушливості. Характеристики гарячих посушливих середовищ включають низьку первинну продуктивність, низькі та непередбачувані в часі опади, екстремальні температури навколишнього середовища та високий потенційний випаровування, кожна з яких, як було доведено, пов'язана з BMR. Наприклад, серед птахів BMR соковитих видів із жаркого клімату нижчі, ніж показники з холодного клімату, а BMR жайворонків (Alaudidae) негативно корелює з постійною мірою посушливості, яка включає температуру навколишнього середовища та опади. Серед ссавців BMR позитивно корелює з чистою первинною продуктивністю (АЕС) та кількістю опадів, а негативно - з температурою навколишнього середовища та мінливістю опадів.

У самця Буря-буревісника Ліча взаємозв'язок між залишковим BMR та (а) життєвий успіх вилуплення чоловіків, BMR яких вимірювали у 2000 р. (відкриті кола) або 2001 р. (заповнені кола) (стор = .65), для полегшення інтерпретації представлені нетрансформовані дані про успішність штрихування протягом усього життя; (b) Дата вилуплення Джуліана в 2001 році (P = 0,001); і (c) темпи зростання курчат крила в 2001 році (P = 0,003). Залишковий BMR розраховували за допомогою GLM, що включає масу тіла, рік, вік розмноження, стать, дату, коли вимірювали BMR, і час доби при вимірюванні.

Терморегуляція

Щоб підтримувати температуру тіла, фізіологічні та метаболічні реакції, що виробляють тепло, повинні бути збалансовані проти тих, що випромінюють або проводять його. За винятком діапазону температур навколишнього середовища, який називається термонейтральною зоною, підтримання постійної температури тіла вимагає стійких вимог як до біохімічних процесів виробництва тепла, так і/або до фізичних механізмів втрат тепла.

Коли температура навколишнього середовища опускається нижче термонейтральної зони (нижча критична температура або LCT), виробництво тепла повинно збільшуватися та/або втрати тепла повинні зменшуватися. Над іншим кінцем термонейтральної зони (верхня критична температура або UCT) втрати тепла повинні зростати.

Термонейтральні зони та базальні показники метаболізму можуть змінюватися залежно від сезону (наприклад, Захід 1972):

Протягом зими верба Птармігани виробляють більш щільну шерсть пір’я і фактично нижчу
базальні показники метаболізму, що зменшує градієнт між внутрішньою температурою тіла та
зовнішня температура. Це те саме, що підтримувати свій будинок з прохолодною температурою до
зменшити рахунок за опалення. Обидві відповіді зменшують кількість енергії, необхідної для збереження тепла.
(Джерело: Ricklefs 1993, стор. 189, рис. 10.11; http://ecology.botany.ufl.edu/ecologyf02/homeostasis.html)

Птахів більше в помірних поясах, ніж у тропіках. Градієнт кількісно сильніший взимку, ніж влітку. Влітку філогенетичні та пристосувальні реакції птахів однаково сприяють градієнту. Взимку градієнт у Північній Америці набагато сильніший, ніж очікуваний таксономічним оборотом, і реакція видів, незалежно від членства в сім'ї, визначає загальну закономірність. Результати цього аналізу Рамірез та співавт. (2007) підтвердив правило Бергмана щодо птахів Нового Світу і вказав, що зимові температури в кінцевому підсумку обумовлюють характер, здійснюючи тиск відбору на птахів, щоб стати більшими (тобто з відносно меншою площею поверхні). Однак влітку переміщення мігруючих видів у помірний пояс послаблює градієнт і створює закономірність, більш відповідну тій, що очікується від таксономічного складу фауни.

Прогнозування того, як потреби енергії та води в ендотермах повинні змінюватися залежно від температури навколишнього середовища та розміру тіла (малого, середнього або великого). Для будь-якого заданого розміру швидкість метаболізму (синім кольором) знижується із збільшенням температури до досягнення базової швидкості метаболізму. Вище порогової температури швидкість втрат води (оранжевим) збільшується. Діапазон температур навколишнього середовища між ними, де потреби в енергії та воді знаходяться на базальних рівнях, відомий як TNZ (термонейтральна зона). Зі збільшенням розміру тіла (товщі ліній) TNZ стає ширшим і переходить у прохолодніші середовища; таким чином, довгострокові потреби у енергії та воді великих людей зводиться до мінімуму в більш прохолодному середовищі. Хоча верхня межа TNZ у великих особин відбувається за нижчих температур навколишнього середовища, менші особини втрачають воду пропорційно швидше вище цього порогу і, отже, швидше зневоднюються під сильним жаром (Від: Gardner et al. 2011).

На передачу енергії між птахами та навколишнім середовищем впливають не тільки зміни температури навколишнього середовища, але й зміни таких факторів, як швидкість вітру.