Thermal Adaptation

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出版者:
作者:Angilletta, Michael J.
出品人:
页数:304
译者:
出版时间:2009-4
价格:$ 169.50
装帧:
isbn号码:9780198570875
丛书系列:
图书标签:
  • 热适应
  • 生理学
  • 环境生理学
  • 温度调节
  • 进化适应
  • 生物学
  • 动物行为
  • 生态学
  • 热应激
  • 气候变化
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具体描述

Temperature profoundly impacts both the phenotypes and distributions of organisms. These thermal effects exert strong selective pressures on behaviour, physiology and life history when environmental temperatures vary over space and time. Despite temperature's significance, progress toward a quantitative theory of thermal adaptation has lagged behind empirical descriptions of patterns and processes. In this book, the author draws on theory from the more general discipline of evolutionary ecology to establish a framework for interpreting empirical studies of thermal biology. This novel synthesis of theoretical and empirical work generates new insights about the process of thermal adaptation and points the way towards a more general theory. The threat of rapid climatic change on a global scale provides a stark reminder of the challenges that remain for thermal biologists and adds a sense of urgency to this book's mission. Thermal Adaptation will benefit anyone who seeks to understand the relationship between environmental variation and phenotypic evolution.The book focuses on quantitative evolutionary models at the individual, population and community levels, and successfully integrates this theory with modern empirical approaches. By providing a synthetic overview of evolutionary thermal biology, this accessible text will appeal to both graduate students and established researchers in the fields of comparative, ecological, and evolutionary physiology. It will also interest the broader audience of professional ecologists and evolutionary biologists who require a comprehensive review of this topic, as well as those researchers working on the applied problems of regional and global climate change.

热量适应:生命在变化温度下的生存之道 从极地冰盖下潜行的微小生物,到沙漠腹地肆意生长的顽强植物,再到深海热液喷口处拥挤的极端生命,热量,这一无处不在的物理因素,深刻地塑造着地球上每一个生命的形态与命运。然而,生命并非是被动地屈服于温度的起伏,而是以其令人惊叹的智慧,发展出了形形色色的“热量适应”机制,在严酷或多变的环境中,不仅得以生存,更繁衍生息,谱写着一曲曲壮丽的生命赞歌。 《热量适应》一书,并非仅仅是罗列生物对温度变化的数据,而是深入剖析了生命体如何从分子、细胞、组织、器官乃至整个生态系统层面,构建起应对温度挑战的复杂防御与调整体系。本书将引领读者穿越时空的界限,探索生命在恒温与变温的世界里,究竟隐藏着哪些令人拍案叫绝的智慧。 第一章:温度的维度——生命与热量的契约 本章将首先为读者勾勒出温度对生命产生的基本影响。从蛋白质的变性,到细胞膜的流动性改变,再到代谢速率的波动,我们将理解温度如何成为生命活动最根本的限制因素之一。同时,我们将初步认识到生命为了维持其最基本的有序性,必须与热量进行一场永不停歇的“博弈”。不同生命形态,如恒温动物(温血动物)与变温动物(冷血动物),它们在能量消耗、生理调控上的根本差异,将为后续深入探讨热量适应机制奠定基础。我们将探讨“能量预算”在不同温度环境中的重要性,以及生命如何在这个预算内精打细算,优化能量的获取与利用。 第二章:分子层面的智慧——温度下的蛋白质与核酸 蛋白质是生命活动的核心执行者,而它们的结构与功能对温度极为敏感。本章将深入探讨,在温度升高时,蛋白质如何通过改变其三级和四级结构,甚至发生变性,导致功能丧失。反之,在低温环境下,蛋白质的活动也会显著减缓。那么,生命是如何应对这一挑战的呢?我们将揭示“分子伴侣”(chaperones)在蛋白质折叠和维持构象完整性中的关键作用,它们如同生命的“质量控制员”,在热应激条件下,帮助蛋白质恢复正常功能,或标记并降解受损的蛋白质。 此外,核酸,即DNA和RNA,也同样受到温度的影响。DNA双螺旋的稳定性与温度密切相关,高温可能导致解旋,而低温则可能改变其缠绕程度。本章将介绍生物体内存在的一系列“热激蛋白”(heat shock proteins, HSPs),它们不仅在高温下被大量合成,以保护其他蛋白质免受损伤,也可能在低温下发挥作用,维持核酸的稳定。我们还将探讨生物体如何通过调控基因表达,在不同温度下合成或降低特定蛋白质的产量,以此适应环境的变化。 第三章:细胞的屏障与流动——膜的温度适应策略 细胞膜是生命的边界,也是物质交换和信号传递的枢纽。温度变化对细胞膜的流动性有着直接而显著的影响。高温会增加膜脂的流动性,可能导致膜结构不稳定,甚至破裂;而低温则会降低膜脂的流动性,阻碍物质跨膜运输和细胞信号的传导。 本章将详细阐述细胞膜的“流动性补偿”机制。我们将了解细胞如何通过改变膜脂的组成,特别是脂肪酸链的饱和度与长度,来动态调节膜的流动性。例如,在低温下,细胞会增加不饱和脂肪酸的比例,其弯曲的结构阻止了脂质紧密堆积,从而提高了膜的流动性。反之,在高温下,饱和脂肪酸的比例会增加。我们还将探讨细胞膜上嵌入的蛋白质,如离子通道和受体,它们的功能如何受到膜流动性的影响,以及细胞如何通过调整这些膜蛋白的活性或数量来适应温度变化。 第四章:生命时钟的调校——能量代谢与体温调节 维持稳定的内部温度是恒温动物生存的关键。本章将深入剖析恒温动物的“体温调节”系统,这是一种高度复杂且精密的生理调控网络。我们将探讨其两大核心策略:产热与散热。 产热方面,我们将详细介绍“非寒战产热”(non-shivering thermogenesis),尤其是在棕色脂肪组织(BAT)中的作用。棕色脂肪中的线粒体含有特殊的解偶联蛋白(UCP1),能够绕过ATP合成酶,将质子梯度直接转化为热能。这将解释为何某些哺乳动物,如新生儿和冬眠动物,能够通过增加棕色脂肪的活性来快速产热。 散热方面,我们将研究血管舒张、汗腺分泌、行为调整(如暴露皮肤、增加呼吸频率)等机制。同时,我们将分析变温动物(如爬行动物、两栖动物、鱼类和大多数昆虫)在体温调节上的策略——“行为性体温调节”。这些动物会主动寻找温度适宜的栖息地,例如晒太阳、躲避阴影,以此来维持其生理活动在最佳范围内。 第五章:生命的极限与坚守——极端温度下的生存奇迹 地球上存在着许多看似不适宜生命生存的极端温度环境,如极地的冰川、深海的热液喷口、滚烫的沙漠等。然而,生命以其顽强的生命力,在这些“生命禁区”中找到了立足之地。 本章将聚焦于“嗜热生物”(thermophiles)和“嗜冷生物”(psychrophiles)的生存奥秘。我们将探究嗜热生物如何通过其独特的蛋白质结构(如更紧密的疏水性核心、更多的盐桥等)来抵抗高温引起的变性。同时,它们的DNA和RNA也可能进化出了更强的抗热稳定性。 对于嗜冷生物,我们将了解它们如何通过合成“抗冻蛋白”(antifreeze proteins, AFPs)来防止细胞内结冰。这些蛋白质能够吸附在冰晶表面,抑制其生长,从而保护细胞免受损伤。我们还将探讨它们细胞膜如何适应低温,以及其酶的活性如何在极低温度下依然保持一定水平。 第六章:演化与适应——热量适应的漫长旅程 热量适应并非一蹴而就,而是生命漫长演化史的积淀。本章将从演化的角度,审视生物体如何通过自然选择,逐渐积累起适应不同温度环境的遗传变异。我们将探讨“趋同演化”在不同物种中产生相似热量适应机制的现象,例如,在不同地理区域发现的具有相似抗冻蛋白的鱼类。 同时,我们将讨论一些经典案例,如早期生命如何从原始的、温度不稳定的环境中,逐渐演化出更复杂的体温调节机制。环境温度的变化,无论是长期的地质时期,还是短期的季节性波动,都对生物的演化方向产生了深远影响。我们将思考,在当前气候变化的背景下,生物体可能面临的挑战,以及它们潜在的适应策略。 第七章:生态系统中的热平衡——群体与环境的相互作用 热量适应不仅是个体的生理现象,更是影响整个生态系统结构与功能的关键因素。本章将从宏观角度,探讨不同温度环境下,群落的物种组成、食物网结构以及生态过程的差异。 我们将分析温带森林、热带雨林、极地苔原等不同生态系统中,生物体之间如何通过能量流动和物质循环,共同维持着区域内的热平衡。例如,在寒冷地区,植被的覆盖度和生物量通常较低,这会影响到土壤的温度和水分循环。我们将探讨一些生物如何通过群体行为来应对温度变化,如迁徙、休眠,以及它们对生态系统稳定性产生的影响。 第八章:未来的展望——热量适应与人类的挑战 最后,本章将目光投向人类自身和未来的挑战。随着全球气候变暖的加剧,人类社会正面临着前所未有的高温挑战。我们将反思,人类自身的热量适应能力,以及现代社会如何通过科技手段,如空调、冷链物流等,来“外源性地”适应高温。 同时,我们将深入探讨,在气候变化加速的时代,生物体在热量适应方面可能面临的困境。一些生物的适应速度可能赶不上环境变化的步伐,导致物种灭绝的风险增加。本书将呼吁读者关注生物多样性保护,理解每一个生命体对环境的独特适应,以及它们在维护地球生态平衡中的重要价值。 《热量适应》一书,将是一场关于生命智慧的探索之旅,它不仅揭示了生物体在极端温度下的生存奇迹,更让我们深刻理解了生命与环境之间千丝万缕的联系,以及演化力量的伟大。通过对这些“热量适应”机制的深入了解,我们不仅能更好地理解自然界的奥秘,更能从中汲取经验,应对我们自身面临的挑战,并更加珍视地球上每一个生命的独特价值。

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