Страница:
Хотя потоотделение и самый совершенный способ снижения температуры тела, но и он имеет ряд недостатков. У человека потовые железки устроены так, что образовавшиеся внутри секреторных клеток крохотные капельки пота выдавливаются из них без серьезного повреждения оболочки клетки. Это несомненно выгодно для организма. Плохо другое, пот не просто вода. В нем 1—2 процента азотистых веществ, аминокислот, жирных кислот и солей щелочных металлов, среди которых больше всего хлорида натрия – 0,5 процента. Немного! В нормальных условиях человек с потом теряет всего 360 миллиграммов азота и 134 миллиграмма натрия на каждые 100 миллилитров пота. Попробуйте подсчитать, сколько человек потеряет хлористого натрия, если, попав в тропики, будет выделять в сутки 5—10 литров пота.
Другие млекопитающие, не относящиеся к приматам, не теряют с потом такого количества солей, но у них другая проблема. Их потовые железки относятся к типу апокриновых. Чтобы освободиться от капельки пота, секреторная клетка расстается со своей вершиной. Поэтому в их поте много липидов, жироподобных веществ, входящих в состав клеточных оболочек. Для восстановления железистых клеток и восполнения их числа тратится много стройматериалов и энергии.
Амфибии тоже охлаждаются за счет испарения влаги всей поверхностью тела. В тихую погоду, когда на деревьях не шевельнется ни один листок, температура тела лягушек и жаб в глубине влажного тропического леса близка к температуре воздуха. У травяной лягушки в обычных условиях европейского лета испарение снижает температуру тела всего на 0,7—1,1 градуса. Может показаться, что эффект весьма скромен. Однако нужно учитывать, что при 20 градусах теплопродукция лягушки поддерживается на уровне 6 калорий в час. От этого дополнительного тепла и помогает избавиться испарение. Другое дело, если поднимется ветерок или приходится жить в кронах высоких деревьев, когда температура квакш становится значительно ниже температуры окружающей среды.
Чем суше воздух, тем легче происходит испарение. У серой жабы при внешней температуре 28 градусов и относительной влажности воздуха 82 процента температура тела поднимается до 27, а если влажность снижается до 27 процентов, температура тела опускается до 18 градусов. Разница 10 градусов – отличный эффект. Однако цена температурного комфорта обходится недешево. Регулярная жаба, чтобы поддерживать температуру тела на 4,5 градуса ниже температуры воздуха, должна отдавать 1,1 грамма воды в час. Это весьма расточительно, ведь сама жаба весит всего 20 граммов.
У собак, кошек и других хищников потовых желез мало. Они охлаждаются за счет дыхания, то есть испарения воды из легких, трахеи, из полости рта, с поверхности языка. В этом случае испаряется влага слизистой оболочки и слюны. Такой способ имеет ряд преимуществ перед потоотделением.
Во-первых, он не сопровождается потерей солей. Сколько бы их ни было в слизи, покрывающей стенки трахеи и бронхов, или в слюне, все они останутся здесь же на слизистой оболочке и отсюда поступят обратно в организм.
Во-вторых, испарение с дыхательных путей меньше зависит от влажности окружающего воздуха. Ведь ветер всегда сохраняет способность отрывать от влажной поверхности молекулы воды и уносить их с собою. Вот и животные, устраивая в своей глотке ветерок, создают условия для принудительного испарения.
Но у дыхательного охлаждения есть и серьезные недостатки. Усиленная вентиляция легких приводит к выносу из организма слишком большого количества углекислого газа. Может показаться, что это хорошо, ведь дыхательная система для того и существует, чтобы снабдить организм кислородом и освобождать его от СО2, однако полное удаление углекислоты не менее вредно, чем ее избыток. Чтобы этого не происходило, у птиц вдыхаемый воздух направляется не столько в легкие, сколько в дополнительную воздухоносную систему, в так называемые воздушные мешки, а млекопитающие дышат хотя и часто, но очень поверхностно. В этом случае лишь незначительная часть вдыхаемого воздуха добирается до легких. Основная остается в крупных бронхах, трахее, носоглотке. Здесь обмена газов не происходит.
Кроме того, увеличение легочной вентиляции требует дополнительных усилий. Это существенно повышает выработку тепла, от которого тоже нужно освобождаться. Насколько возрастает нагрузка, можно показать на примере собаки. Если в обычных условиях частота дыхания лежит в диапазоне 20—40 дыхательных циклов в минуту, то при существенном повышении температуры она возрастает до 300 – 400. Еще значительнее увеличивается частота дыхания у птиц. Она может достигать 600– 700 дыхательных циклов в минуту.
Интересно, что темп дыхания вовсе не следует за подъемом ртутного столбика, а сразу устанавливается на очень высоком уровне. У каждого вида животных существует свой наиболее удобный им ритм. Если не слишком жарко, учащенное дыхание поддерживается в течение коротких интервалов времени, перемежающихся с периодами нормального дыхания. Меняя продолжительность обоих периодов, животные добиваются необходимого эффекта.
Птицы пользуются еще одним способом охлаждения, тоже связанным с дыханием – трепетанием горла, точнее тонкого дна ротовой полости и верхней части глотки. Его частота может достигать чудовищных величин – более тысячи колебаний в минуту. При этом частота дыхания может не повышаться.
Трепетание горла долгое время вызывало недоумение ученых. Казалось, расход энергии и объемы создаваемого при этом тепла должны сводить на нет охлаждающий эффект испарения. Однако благодаря эластичности дыхательных органов энергоемкость интенсификации испарения невелика. Дело в том, что в эластичном теле в ответ на внешнее воздействие возникают колебания (сжатия и расширения), идущие в собственном, присущем только данному телу ритме. Для поддержания колебаний с такой частотой, ее называют резонансной, не требуется больших усилий.
Когда дыхательный темп набран, приходится затрачивать энергию лишь на растяжение воздухоносных путей, да и то не полностью, так как оно частично происходит по инерции, а сжимаются они сами собою за счет своей эластичности. Это отчасти напоминает прыжки мячика, подвешенного на тонкой резинке. Вот почему, когда животному становится по-настоящему жарко, частота дыхания скачкообразно возрастает и дальше практически не меняется или возникает трепетание горла. Его темп определен резонансной частотой тканей дыхательных органов.
Трудно сравнивать эффективность существующих систем охлаждения, но, видимо, у потоотделения она выше. Использование дыхательных органов не всегда спасает от повышения температуры тела. Например, у собаки в 45-градусную жару она с 38 подскакивает до 40,5 градуса. Между тем расход воды велик. Спящий козодой при 35 градусах тратит 2,9 миллиграмма воды в час на каждый грамм своего тела, а при 47—23 – почти в восемь раз больше.
Несмотря на существенные недостатки, дыхательный способ охлаждения пользуется в лесу популярностью, так как позволяет освободиться от жестких ограничений, накладываемых на испарение высокой влажностью, царящей в дебрях. Часто животные владеют обоими способами снижения температуры тела и в зависимости от обстановки пользуются ими и одновременно и попеременно.
У грызунов и у сумчатых, вроде опоссумов Нового Света, обычные способы охлаждения не дают надежного эффекта, и когда животным становится невмоготу, они прибегают к дополнительным мерам: обильно смачивают слюною мех на груди и животе. Птицы в критической ситуации опрыскивают ноги жидким пометом. Пользоваться этими способами можно лишь в течение непродолжительного времени, так как они требуют много воды, а охлаждающий эффект не так велик, как хотелось бы. Тем не менее это дает возможность приостановить дальнейший подъем температуры тела, а иногда даже снизить ее и спасает животному жизнь.
Любые теплые объекты способны излучать инфракрасные лучи. Это в полной мере относится и к живым существам. Для некоторых из них это важнейшее звено процесса терморегуляции, и они активно им пользуются. Инфракрасные лучи излучает все тело, но для терморегуляции имеют значение главным образом голые участки кожи с подкожной клетчаткой, имеющей богатую сосудистую сеть, позволяющую выносить к поверхности вместе с кровью глубинное тепло организма. Это могут быть уши, особенно их внутренняя поверхность, ноги, у антилоп – рога, у птиц – гребни на голове, вроде хорошо нам знакомого петушиного, голое, не защищенное кожей брюхо.
В жаркое время суток слоны отдыхают, укрывшись в тени высоких деревьев. Они не ложатся на землю – это бы сократило площадь поверхности их тел. Гиганты дремлют стоя, неторопливо обмахиваясь ушами, имеющими богатое кровоснабжение. Взмахи ушей-вентиляторов не препятствуют излучению ими тепловых лучей, которое достаточно велико, и вызывают движение воздуха. Львица, укрывшись после сытного обеда в тени акаций, если ей жарко, ложится на бок. Голое брюхо зверя излучает много тепловых лучей.
С помощью излучения животное может понизить температуру тела, только когда испускает гораздо больше инфракрасных лучей, чем поглощает их. Для этого необходима тень – укрытие от прямых солнечных лучей и от тепловых лучей, исходящих от особенно сильно нагретых солнцем предметов. Объекты, находящиеся в тени, излучают гораздо меньше инфракрасных лучей, чем тела теплокровных животных.
Температура лучей, испускаемых северным сектором небосвода в самое жаркое время дня, даже в тропиках не превышает +13 градусов. Для животных нагретые солнцем предметы должны казаться пышащей жаром печью, а северное небо – холодной стеной, находясь возле которой даже в теплой комнате можно чувствовать озноб. Разница между количеством поступающего в организм и излучаемого им тепла в этом случае будет велика. Если исходить из возможной температуры кожи животного, испытывающего тепловой дискомфорт: 35—40 градусов, то она составит 22—27! При достаточно большой поверхности излучения этот способ мог бы быть надежен. Однако когда в глухом лесу температура окружающего воздуха поднимется до 33—36, а все предметы окажутся нагретыми до 31—34 градусов, этот способ не может помочь в борьбе с перегреванием.
Эффективна ли теплоотдача путем излучения? Несомненно! По мере повышения температуры тела интенсивность излучения растет с чудовищной скоростью, увеличиваясь пропорционально абсолютной температуре тела, возведенной в четвертую степень. Так, при повышении температуры кожи животного всего на 10 градусов с 27 до 37 (с 300 до 310 градусов по абсолютной шкале температур) тепловое излучение возрастает в 135 миллионов раз! Быстрый рост излучения инфракрасных лучей, сопровождающий повышение температуры периферийных отделов тела, и существенная разница между интенсивностью поглощения и излучения лежат в основе этого способа терморегуляции.
Животным в тропиках жилось бы более вольготно, если бы их наружные покровы отражали тепловые лучи. Почему-то это не получило в животном мире широкого распространения. Впрочем, может быть, мы еще плохо знаем обитателей нашей планеты. В настоящее время известно лишь два примера использования этого принципа. У тропических древесных лягушек – африканских центроленид и южноамериканских филломедузин. Их кожа, окрашенная в различные оттенки зеленого цвета, обладает удивительным свойством: она отражает лучи инфракрасной части спектра примерно так же, как листья растений, на которых живут эти лягушки. Им нет необходимости прятаться в тень. Прикрепившись к стволам или листьям деревьев, они весь день проводят на солнцепеке и при этом не нагреваются.
У большинства теплокровных животных нет специальных механизмов, позволяющих основательно затормозить течение метаболических процессов, а испарение не всегда обеспечивает нужное снижение температуры. Приходится пользоваться дополнительными приемами. Показателен способ борьбы с перегреванием, который используют коала. Когда жара становится нестерпимой, зверьки перебираются на те виды эвкалиптов, листья которых содержат жаропонижающие вещества. Интересно, что коала оказались знающими фармакологами. Поскольку далекие экскурсии для сбора лекарственных растений они совершать не способны, зверьки в зависимости от обстоятельств пользуются веществами, усиливающими выведение тепла или снижающими теплопроизводство. В первом случае действующие начала, содержащиеся в листьях, или расширяют кожные сосуды, способствуя выносу тепла из недр организма к его поверхности и рассеиванию его в окружающей среде, или стимулируют процессы испарения, в том числе и через дыхательную систему.
О снижении теплопродукции стоит рассказать подробнее. Процесс терморегуляции не является чисто нервным. В нем есть химическое звено – использование специально вырабатываемых веществ для стимуляции высокого темпа производства тепла. У сумчатых высокий уровень обмена веществ поддерживается с помощью простагландинов – биологически активных веществ, синтезируемых различными тканями, в том числе мозгом. Их производство усиливается, когда температура организма начинает снижаться. Листья некоторых эвкалиптов содержат вещества, угнетающие у сумчатых выработку простагландинов, что позволяет коала несколько понизить температуру тела, приблизив ее к норме.
А ЕСЛИ ПОСТАВИТЬ НА КОНСЕРВАЦИЮ?
Другие млекопитающие, не относящиеся к приматам, не теряют с потом такого количества солей, но у них другая проблема. Их потовые железки относятся к типу апокриновых. Чтобы освободиться от капельки пота, секреторная клетка расстается со своей вершиной. Поэтому в их поте много липидов, жироподобных веществ, входящих в состав клеточных оболочек. Для восстановления железистых клеток и восполнения их числа тратится много стройматериалов и энергии.
Амфибии тоже охлаждаются за счет испарения влаги всей поверхностью тела. В тихую погоду, когда на деревьях не шевельнется ни один листок, температура тела лягушек и жаб в глубине влажного тропического леса близка к температуре воздуха. У травяной лягушки в обычных условиях европейского лета испарение снижает температуру тела всего на 0,7—1,1 градуса. Может показаться, что эффект весьма скромен. Однако нужно учитывать, что при 20 градусах теплопродукция лягушки поддерживается на уровне 6 калорий в час. От этого дополнительного тепла и помогает избавиться испарение. Другое дело, если поднимется ветерок или приходится жить в кронах высоких деревьев, когда температура квакш становится значительно ниже температуры окружающей среды.
Чем суше воздух, тем легче происходит испарение. У серой жабы при внешней температуре 28 градусов и относительной влажности воздуха 82 процента температура тела поднимается до 27, а если влажность снижается до 27 процентов, температура тела опускается до 18 градусов. Разница 10 градусов – отличный эффект. Однако цена температурного комфорта обходится недешево. Регулярная жаба, чтобы поддерживать температуру тела на 4,5 градуса ниже температуры воздуха, должна отдавать 1,1 грамма воды в час. Это весьма расточительно, ведь сама жаба весит всего 20 граммов.
У собак, кошек и других хищников потовых желез мало. Они охлаждаются за счет дыхания, то есть испарения воды из легких, трахеи, из полости рта, с поверхности языка. В этом случае испаряется влага слизистой оболочки и слюны. Такой способ имеет ряд преимуществ перед потоотделением.
Во-первых, он не сопровождается потерей солей. Сколько бы их ни было в слизи, покрывающей стенки трахеи и бронхов, или в слюне, все они останутся здесь же на слизистой оболочке и отсюда поступят обратно в организм.
Во-вторых, испарение с дыхательных путей меньше зависит от влажности окружающего воздуха. Ведь ветер всегда сохраняет способность отрывать от влажной поверхности молекулы воды и уносить их с собою. Вот и животные, устраивая в своей глотке ветерок, создают условия для принудительного испарения.
Но у дыхательного охлаждения есть и серьезные недостатки. Усиленная вентиляция легких приводит к выносу из организма слишком большого количества углекислого газа. Может показаться, что это хорошо, ведь дыхательная система для того и существует, чтобы снабдить организм кислородом и освобождать его от СО2, однако полное удаление углекислоты не менее вредно, чем ее избыток. Чтобы этого не происходило, у птиц вдыхаемый воздух направляется не столько в легкие, сколько в дополнительную воздухоносную систему, в так называемые воздушные мешки, а млекопитающие дышат хотя и часто, но очень поверхностно. В этом случае лишь незначительная часть вдыхаемого воздуха добирается до легких. Основная остается в крупных бронхах, трахее, носоглотке. Здесь обмена газов не происходит.
Кроме того, увеличение легочной вентиляции требует дополнительных усилий. Это существенно повышает выработку тепла, от которого тоже нужно освобождаться. Насколько возрастает нагрузка, можно показать на примере собаки. Если в обычных условиях частота дыхания лежит в диапазоне 20—40 дыхательных циклов в минуту, то при существенном повышении температуры она возрастает до 300 – 400. Еще значительнее увеличивается частота дыхания у птиц. Она может достигать 600– 700 дыхательных циклов в минуту.
Интересно, что темп дыхания вовсе не следует за подъемом ртутного столбика, а сразу устанавливается на очень высоком уровне. У каждого вида животных существует свой наиболее удобный им ритм. Если не слишком жарко, учащенное дыхание поддерживается в течение коротких интервалов времени, перемежающихся с периодами нормального дыхания. Меняя продолжительность обоих периодов, животные добиваются необходимого эффекта.
Птицы пользуются еще одним способом охлаждения, тоже связанным с дыханием – трепетанием горла, точнее тонкого дна ротовой полости и верхней части глотки. Его частота может достигать чудовищных величин – более тысячи колебаний в минуту. При этом частота дыхания может не повышаться.
Трепетание горла долгое время вызывало недоумение ученых. Казалось, расход энергии и объемы создаваемого при этом тепла должны сводить на нет охлаждающий эффект испарения. Однако благодаря эластичности дыхательных органов энергоемкость интенсификации испарения невелика. Дело в том, что в эластичном теле в ответ на внешнее воздействие возникают колебания (сжатия и расширения), идущие в собственном, присущем только данному телу ритме. Для поддержания колебаний с такой частотой, ее называют резонансной, не требуется больших усилий.
Когда дыхательный темп набран, приходится затрачивать энергию лишь на растяжение воздухоносных путей, да и то не полностью, так как оно частично происходит по инерции, а сжимаются они сами собою за счет своей эластичности. Это отчасти напоминает прыжки мячика, подвешенного на тонкой резинке. Вот почему, когда животному становится по-настоящему жарко, частота дыхания скачкообразно возрастает и дальше практически не меняется или возникает трепетание горла. Его темп определен резонансной частотой тканей дыхательных органов.
Трудно сравнивать эффективность существующих систем охлаждения, но, видимо, у потоотделения она выше. Использование дыхательных органов не всегда спасает от повышения температуры тела. Например, у собаки в 45-градусную жару она с 38 подскакивает до 40,5 градуса. Между тем расход воды велик. Спящий козодой при 35 градусах тратит 2,9 миллиграмма воды в час на каждый грамм своего тела, а при 47—23 – почти в восемь раз больше.
Несмотря на существенные недостатки, дыхательный способ охлаждения пользуется в лесу популярностью, так как позволяет освободиться от жестких ограничений, накладываемых на испарение высокой влажностью, царящей в дебрях. Часто животные владеют обоими способами снижения температуры тела и в зависимости от обстановки пользуются ими и одновременно и попеременно.
У грызунов и у сумчатых, вроде опоссумов Нового Света, обычные способы охлаждения не дают надежного эффекта, и когда животным становится невмоготу, они прибегают к дополнительным мерам: обильно смачивают слюною мех на груди и животе. Птицы в критической ситуации опрыскивают ноги жидким пометом. Пользоваться этими способами можно лишь в течение непродолжительного времени, так как они требуют много воды, а охлаждающий эффект не так велик, как хотелось бы. Тем не менее это дает возможность приостановить дальнейший подъем температуры тела, а иногда даже снизить ее и спасает животному жизнь.
Любые теплые объекты способны излучать инфракрасные лучи. Это в полной мере относится и к живым существам. Для некоторых из них это важнейшее звено процесса терморегуляции, и они активно им пользуются. Инфракрасные лучи излучает все тело, но для терморегуляции имеют значение главным образом голые участки кожи с подкожной клетчаткой, имеющей богатую сосудистую сеть, позволяющую выносить к поверхности вместе с кровью глубинное тепло организма. Это могут быть уши, особенно их внутренняя поверхность, ноги, у антилоп – рога, у птиц – гребни на голове, вроде хорошо нам знакомого петушиного, голое, не защищенное кожей брюхо.
В жаркое время суток слоны отдыхают, укрывшись в тени высоких деревьев. Они не ложатся на землю – это бы сократило площадь поверхности их тел. Гиганты дремлют стоя, неторопливо обмахиваясь ушами, имеющими богатое кровоснабжение. Взмахи ушей-вентиляторов не препятствуют излучению ими тепловых лучей, которое достаточно велико, и вызывают движение воздуха. Львица, укрывшись после сытного обеда в тени акаций, если ей жарко, ложится на бок. Голое брюхо зверя излучает много тепловых лучей.
С помощью излучения животное может понизить температуру тела, только когда испускает гораздо больше инфракрасных лучей, чем поглощает их. Для этого необходима тень – укрытие от прямых солнечных лучей и от тепловых лучей, исходящих от особенно сильно нагретых солнцем предметов. Объекты, находящиеся в тени, излучают гораздо меньше инфракрасных лучей, чем тела теплокровных животных.
Температура лучей, испускаемых северным сектором небосвода в самое жаркое время дня, даже в тропиках не превышает +13 градусов. Для животных нагретые солнцем предметы должны казаться пышащей жаром печью, а северное небо – холодной стеной, находясь возле которой даже в теплой комнате можно чувствовать озноб. Разница между количеством поступающего в организм и излучаемого им тепла в этом случае будет велика. Если исходить из возможной температуры кожи животного, испытывающего тепловой дискомфорт: 35—40 градусов, то она составит 22—27! При достаточно большой поверхности излучения этот способ мог бы быть надежен. Однако когда в глухом лесу температура окружающего воздуха поднимется до 33—36, а все предметы окажутся нагретыми до 31—34 градусов, этот способ не может помочь в борьбе с перегреванием.
Эффективна ли теплоотдача путем излучения? Несомненно! По мере повышения температуры тела интенсивность излучения растет с чудовищной скоростью, увеличиваясь пропорционально абсолютной температуре тела, возведенной в четвертую степень. Так, при повышении температуры кожи животного всего на 10 градусов с 27 до 37 (с 300 до 310 градусов по абсолютной шкале температур) тепловое излучение возрастает в 135 миллионов раз! Быстрый рост излучения инфракрасных лучей, сопровождающий повышение температуры периферийных отделов тела, и существенная разница между интенсивностью поглощения и излучения лежат в основе этого способа терморегуляции.
Животным в тропиках жилось бы более вольготно, если бы их наружные покровы отражали тепловые лучи. Почему-то это не получило в животном мире широкого распространения. Впрочем, может быть, мы еще плохо знаем обитателей нашей планеты. В настоящее время известно лишь два примера использования этого принципа. У тропических древесных лягушек – африканских центроленид и южноамериканских филломедузин. Их кожа, окрашенная в различные оттенки зеленого цвета, обладает удивительным свойством: она отражает лучи инфракрасной части спектра примерно так же, как листья растений, на которых живут эти лягушки. Им нет необходимости прятаться в тень. Прикрепившись к стволам или листьям деревьев, они весь день проводят на солнцепеке и при этом не нагреваются.
У большинства теплокровных животных нет специальных механизмов, позволяющих основательно затормозить течение метаболических процессов, а испарение не всегда обеспечивает нужное снижение температуры. Приходится пользоваться дополнительными приемами. Показателен способ борьбы с перегреванием, который используют коала. Когда жара становится нестерпимой, зверьки перебираются на те виды эвкалиптов, листья которых содержат жаропонижающие вещества. Интересно, что коала оказались знающими фармакологами. Поскольку далекие экскурсии для сбора лекарственных растений они совершать не способны, зверьки в зависимости от обстоятельств пользуются веществами, усиливающими выведение тепла или снижающими теплопроизводство. В первом случае действующие начала, содержащиеся в листьях, или расширяют кожные сосуды, способствуя выносу тепла из недр организма к его поверхности и рассеиванию его в окружающей среде, или стимулируют процессы испарения, в том числе и через дыхательную систему.
О снижении теплопродукции стоит рассказать подробнее. Процесс терморегуляции не является чисто нервным. В нем есть химическое звено – использование специально вырабатываемых веществ для стимуляции высокого темпа производства тепла. У сумчатых высокий уровень обмена веществ поддерживается с помощью простагландинов – биологически активных веществ, синтезируемых различными тканями, в том числе мозгом. Их производство усиливается, когда температура организма начинает снижаться. Листья некоторых эвкалиптов содержат вещества, угнетающие у сумчатых выработку простагландинов, что позволяет коала несколько понизить температуру тела, приблизив ее к норме.
А ЕСЛИ ПОСТАВИТЬ НА КОНСЕРВАЦИЮ?
Чем больше разница между температурой окружающей среды и телом животного, тем быстрее оно остывает, конечно, если не способно противопоставить теплопотерям выработку необходимого количества тепла. Если разница превышает 20—30 градусов, остывание идет стремительно, пока она не сократится до 2,0—0,5. Теперь дальнейшее охлаждение замедляется. Вот почему температура крупных холоднокровных животных, поскольку их тело состоит из огромного количества клеток, участвующих в метаболизме и суммарно вырабатывающих значительное количество тепла, может в течение длительного времени превышать температуру окружающей среды.
Поскольку потери тепла зависят от того, насколько велика разница между температурой остывающего тела и окружающей среды, ясно, что в холодную погоду теплокровным животным легче поддерживать температуру своего тела па постоянном уровне, если она ниже. Поэтому ехидне и утконосу, а также сумчатым бороться с охлаждением проще, чем остальным млекопитающим или тем более птицам. Какие бы преимущества ни давала высокая температура, для терморегуляции она создает известные сложности и подчас требует трудно восполнимых, а значит, и недостаточно оправданных энергетических трат. Не удивительно, что у многих теплокровных животных и у человека наблюдаются суточные колебания температуры тела в пределах 1—2 градусов. Днем, в теплое время суток, она бывает выше, чем ночью, когда на землю опускается прохлада.
Ночное понижение температуры тела, видимо, не связано с уменьшением мышечной активности в темное время суток. Некоторые ученые склонны считать, что не «мышечное» тепло приводит к повышению температуры, а нервные центры терморегуляции так руководят выработкой и сохранением в организме тепла, чтобы создать днем наиболее благоприятные условия для мышечной активности и других видов деятельности.
У большинства животных колебания температуры тела совпадают по времени со сменой дня и ночи. У североамериканской овсянки тауи аберти, живущей в смешанных лесах и кустарниковых зарослях и ведущей дневной образ жизни, в светлое время суток температура тела поддерживается на уровне 42—42,5, а с наступлением темноты падает на целых 3 градуса. Новозеландская нелетающая птица – обыкновенный киви, житель густых сырых лесов, наоборот, предпочитает днем отдыхать, забившись куда-нибудь в густую чащобу. Видимо, не случайно утром температура тела киви устанавливается на уровне 37, а когда на лес опустятся сумерки, поднимается на 1,5 градуса.
Особенно большого размаха достигают суточные колебания температуры тела у примитивных млекопитающих: утконоса, ехидны, сумчатых. Центральноамериканские буролицые опоссумы активны ночью. Температура их тела в этот период стабильно поддерживается на уровне 36 градусов, а во время покоя может опускаться на 3—4 градуса. Колебания температуры тела до 6 градусов наблюдаются у весьма своеобразного лесного обитателя – тасманийского фалангера.
У большинства животных суточные колебания температуры тела невелики, но и они позволяют снизить темпы теплопотерь и теплопроизводства, а следовательно, и существенную экономию энергоресурсов. Преимущество, которое дает снижение температуры тела в неактивный период, когда выработка мышечного, так сказать побочного тепла прекращается, заставило некоторых животных пойти этим путем еще дальше. Однако, как мы уже видели, переменная температура выгодна только мельчайшим существам с высоким уровнем обмена веществ и огромными теплопотерями.
Колибри – самые маленькие птицы. Вес различных видов этих крох колеблется от 1,7 до 19,1 грамма. Самая маленькая из них – птица-муха, живущая на Кубе. Размеры ее тела, если ощипать перышки и не учитывать длинного клюва, едва достигает 3 сантиметров. Это прелестные существа. Особенно красивы самцы. Голова, горло, бока красного цвета с золотым отливом. Все остальное тело зеленое, но на спине перья переливаются синими, а хвост красными тонами.
Питаются малютки пыльцой и нектаром цветов и самыми мелкими, мало подвижными насекомыми. Как и полагается колибри, они во время еды не садятся на ветки деревьев, а, энергично работая крыльями, зависают в воздухе и, засунув кончик клюва в цветок или в колонию тлей, высасывают очередную порцию пищи. Такой способ питания требует серьезных энергетических затрат, а жиденький цветочный нектар содержит так мало питательных веществ, что птицы все светлое время дня вынуждены заниматься поисками и добычей пищи. Про этих птичек не скажешь: они едят, чтобы жить. Складывается впечатление, что они живут, чтобы есть.
При столь скудном питании и таких высоких расходах энергии невозможно сделать запасы хотя бы на одну ночь – период вынужденного бездействия. Усевшись на ветку передохнуть, муха даже в кубинскую тридцатиградусную жару мерзнет. Ведь нормальная температура ее тела 40 градусов, и ее нужно поддерживать, «сжигая» массу «топлива».
На долгие прохладные ночи, особенно кубинской зимой, «дров» не хватает. И колибри изобрели отличный способ борьбы с «энергетическими трудностями». Они впадают в оцепенение и резко уменьшают выработку тепла. Теперь в их «печах» чуть теплится пламя, температура тела падает больше чем наполовину, снижаясь до 20 или до 17 градусов. В этот период обмен веществ даже у крупных колибри, вроде гигантского и синегорлого, сокращается в 50—60 раз, а у мелких в 100! Это позволяет им растянуть свои энергетические запасы до утра и не погибнуть от истощения.
Одно неудобство, в таком состоянии колибри совершенно беспомощны и не способны взлететь, так что становятся легкой добычей любого хищника. С первыми лучами утреннего солнца тело крошки начинает дрожать мелкой дрожью, так птички согревают себя и, восстановив подвижность, отправляются за первым завтраком.
Могут впадать в оцепенение и другие птицы. В их числе настоящие козодои, живущие в Европе, и относящиеся к тому же семейству североамериканские спящие козодои. Эти птицы ведут сумеречный образ жизни, а днем лежат где-нибудь в укромном уголке в тени кустов или высокого пня. Они значительно крупнее колибри. Вес тела большинства видов колеблется от 30 до 50 граммов.
Птицы эти относятся к насекомоядным. Свою добычу они ловят в темноте. Видимо, сумеречные охоты оправдывают себя только в теплые ночи, когда в воздухе кишит комарье и прочие мелкие насекомые. Но на Севере и в горах ночи часто бывают холодными, и над козодоями всегда висит опасность вернутся на дневку с полупустым желудком. Видимо, ночной образ жизни и способ питания вынудили их научиться переводить температуру своего тела на более низкий уровень. Это не дает такого впечатляющего эффекта, как у колибри, но все-таки позволяет козодоям снижать обмен веществ в 13– 18 раз.
Насекомоядные летучие мыши, вернувшись с ночной охоты, приводят себя в порядок и, угнездившись поудобнее, быстро снижают температуру тела и впадают в оцепенение. Этим одинаково широко пользуются как виды, прилетающие к нам летом на Север, так и типичные обитатели тропиков. Там подобных специалистов даже больше, чем в зоне умеренного климата. И, судя по всему, это изобретение сделано животными жарких стран.
Прибегают к помощи оцепенения некоторые грызуны и сумчатые. Бразильский карликовый опоссум около трети суток проводит в этом состоянии. Карликовые хомячки, живущие в густой траве по лесным опушкам и полянам, весят около 7—8 граммов. Лишенные пищи, они быстро впадают в оцепенение, снижая температуру тела на 10—12 градусов. Эти наблюдения подтверждают, что в основе перевода терморегуляции на пониженный режим лежат не климатические условия среды, а, главным образом, доступность пищи, наличие энергетических ресурсов.
Интересно, что как снижение температуры тела, так и последующий разогрев после выхода из оцепенения протекают, можно сказать, стремительно. Колибри охлаждаются за считанные секунды. Почти так же быстро впадают в оцепенение летучие мыши. Разогрев тела у этих мелких животных не требует значительных расходов энергии. Колибри, весящему 4 грамма, для этого требуется всего 57 калорий, а козодою с весом тела 40 граммов – 570 калорий.
Хотя колибри и козодои систематически прибегают к помощи кратковременной консервации, к переводу своей «отопительной» системы на сниженный режим работы, нельзя сказать, что все происходящие при этом процессы хорошо отрегулированы. Манипуляции с температурой тела – вещь весьма опасная. Пока птицы находятся в оцепенении, наружная температура может опуститься значительно ниже температуры их тела. В этот период бороться с холодом птицы не в состоянии и могут погибнуть. Они переносят только кратковременное падение температуры тела: колибри до +8, а козодои даже до +5 градусов, но выйти из оцепенения, имея столь низкую температуру, не способны. Если в ближайшие часы температура воздуха поднимется до 15—17 градусов и согреет их, птицы спасены. Теперь они способны на дальнейший разогрев.
Совсем иначе ведут себя летучие мыши. Если в период оцепенения температура тела ночницы опускается до 3—5 градусов, зверек автоматически проснется и за 40– 60 минут может поднять свою температуру до нормального уровня. Это дает ему возможность спастись, подыскав убежище потеплее.
Отсутствие надежной техники безопасности – одно из доказательств того, что оцепенение изобретено обитателями тропиков, где температура окружающей среды никогда не падает до опасно низкого уровня. Лесным обитателям зоны холодного и умеренного климата больше подходит зимняя спячка. Она свойственна животным, которые прекрасно умеют поддерживать температуру тела на постоянном уровне и способны обеспечить себя топливом на неактивный период, на длинные холодные ночи или на не менее прохладные дневки. Однако осенью, когда среднесуточная температура окружающей среды значительно снижается, да и добывать корм становится все сложнее, животные впадают в спячку, как бы становятся на длительную консервацию, что позволяет им пережить зиму.
К услугам длительной консервации прибегают многие северяне. В их числе бурундуки, сони, мышовки, а из насекомоядных – ежи.
Летучие мыши, остающиеся на зимовку на Севере, весь этот длительный период в 6—7 и даже 7,5 месяца спят крепким сном. Из птиц способен впадать в длительную спячку лишь спящий козодой. Как видите, все мелкота.
Только одно исключение известно для крупных животных – медведи. Некоторые представители этого семейства на зиму устраивают берлогу или забираются в дупла и спят непробудным сном до весны. И что особенно интересно, совсем не те медведи, что живут в особенно суровых климатических условиях, а их родственники из более южных районов, которым зимой трудно добывать пропитание. Впрочем, дело с медведями не совсем ясное. Многие зоологи не считают, что эти звери впадают в настоящую спячку, так как температура их тела в этот период снижается всего до 31 градуса.
От кратковременного оцепенения зимняя спячка отличается не только значительно большей продолжительностью, но и тем, что требует серьезной подготовки. Во-первых, готовясь к спячке, животные накапливают жировой запас, при этом существенно увеличивается доля бурого жира. И прежде чем окончательно погрузиться в глубокий сон, проводят основательную тренировку, совершая многократные «пробные» снижения температуры тела. Только поупражнявшись в течение нескольких дней, лесная соня или летучая мышь наконец засыпает всерьез. Температура в этом случае падает медленно со скоростью 2—4 градуса в час, и, чтобы уменьшить ее на 10 градусов, требуется 2,5—5 часов. И еще одна особенность: на период «консервации» животные подыскивают себе не только безопасные, но и теплые квартиры, поскольку всерьез бороться с морозами они не в состоянии.
Во время спячки температура животного лишь на 1 – 2 градуса выше температуры окружающей среды. Хомяки, сони, летучие мыши способны, не просыпаясь, поддерживать свою температуру на уровне +2 градусов, даже если воздух охладится до нуля. Вот почему им так необходимы теплые убежища. Глубокая гипотермия приводит к резкому снижению потребностей организма в энергетических ресурсах и, естественно, к их экономии. Она весьма велика, так как обмен веществ может уменьшиться в 20—100 раз. Это значит, что энергетических ресурсов, запаренных на два дня активной жизни, теперь хватит на 40—200 дней.
Поскольку потери тепла зависят от того, насколько велика разница между температурой остывающего тела и окружающей среды, ясно, что в холодную погоду теплокровным животным легче поддерживать температуру своего тела па постоянном уровне, если она ниже. Поэтому ехидне и утконосу, а также сумчатым бороться с охлаждением проще, чем остальным млекопитающим или тем более птицам. Какие бы преимущества ни давала высокая температура, для терморегуляции она создает известные сложности и подчас требует трудно восполнимых, а значит, и недостаточно оправданных энергетических трат. Не удивительно, что у многих теплокровных животных и у человека наблюдаются суточные колебания температуры тела в пределах 1—2 градусов. Днем, в теплое время суток, она бывает выше, чем ночью, когда на землю опускается прохлада.
Ночное понижение температуры тела, видимо, не связано с уменьшением мышечной активности в темное время суток. Некоторые ученые склонны считать, что не «мышечное» тепло приводит к повышению температуры, а нервные центры терморегуляции так руководят выработкой и сохранением в организме тепла, чтобы создать днем наиболее благоприятные условия для мышечной активности и других видов деятельности.
У большинства животных колебания температуры тела совпадают по времени со сменой дня и ночи. У североамериканской овсянки тауи аберти, живущей в смешанных лесах и кустарниковых зарослях и ведущей дневной образ жизни, в светлое время суток температура тела поддерживается на уровне 42—42,5, а с наступлением темноты падает на целых 3 градуса. Новозеландская нелетающая птица – обыкновенный киви, житель густых сырых лесов, наоборот, предпочитает днем отдыхать, забившись куда-нибудь в густую чащобу. Видимо, не случайно утром температура тела киви устанавливается на уровне 37, а когда на лес опустятся сумерки, поднимается на 1,5 градуса.
Особенно большого размаха достигают суточные колебания температуры тела у примитивных млекопитающих: утконоса, ехидны, сумчатых. Центральноамериканские буролицые опоссумы активны ночью. Температура их тела в этот период стабильно поддерживается на уровне 36 градусов, а во время покоя может опускаться на 3—4 градуса. Колебания температуры тела до 6 градусов наблюдаются у весьма своеобразного лесного обитателя – тасманийского фалангера.
У большинства животных суточные колебания температуры тела невелики, но и они позволяют снизить темпы теплопотерь и теплопроизводства, а следовательно, и существенную экономию энергоресурсов. Преимущество, которое дает снижение температуры тела в неактивный период, когда выработка мышечного, так сказать побочного тепла прекращается, заставило некоторых животных пойти этим путем еще дальше. Однако, как мы уже видели, переменная температура выгодна только мельчайшим существам с высоким уровнем обмена веществ и огромными теплопотерями.
Колибри – самые маленькие птицы. Вес различных видов этих крох колеблется от 1,7 до 19,1 грамма. Самая маленькая из них – птица-муха, живущая на Кубе. Размеры ее тела, если ощипать перышки и не учитывать длинного клюва, едва достигает 3 сантиметров. Это прелестные существа. Особенно красивы самцы. Голова, горло, бока красного цвета с золотым отливом. Все остальное тело зеленое, но на спине перья переливаются синими, а хвост красными тонами.
Питаются малютки пыльцой и нектаром цветов и самыми мелкими, мало подвижными насекомыми. Как и полагается колибри, они во время еды не садятся на ветки деревьев, а, энергично работая крыльями, зависают в воздухе и, засунув кончик клюва в цветок или в колонию тлей, высасывают очередную порцию пищи. Такой способ питания требует серьезных энергетических затрат, а жиденький цветочный нектар содержит так мало питательных веществ, что птицы все светлое время дня вынуждены заниматься поисками и добычей пищи. Про этих птичек не скажешь: они едят, чтобы жить. Складывается впечатление, что они живут, чтобы есть.
При столь скудном питании и таких высоких расходах энергии невозможно сделать запасы хотя бы на одну ночь – период вынужденного бездействия. Усевшись на ветку передохнуть, муха даже в кубинскую тридцатиградусную жару мерзнет. Ведь нормальная температура ее тела 40 градусов, и ее нужно поддерживать, «сжигая» массу «топлива».
На долгие прохладные ночи, особенно кубинской зимой, «дров» не хватает. И колибри изобрели отличный способ борьбы с «энергетическими трудностями». Они впадают в оцепенение и резко уменьшают выработку тепла. Теперь в их «печах» чуть теплится пламя, температура тела падает больше чем наполовину, снижаясь до 20 или до 17 градусов. В этот период обмен веществ даже у крупных колибри, вроде гигантского и синегорлого, сокращается в 50—60 раз, а у мелких в 100! Это позволяет им растянуть свои энергетические запасы до утра и не погибнуть от истощения.
Одно неудобство, в таком состоянии колибри совершенно беспомощны и не способны взлететь, так что становятся легкой добычей любого хищника. С первыми лучами утреннего солнца тело крошки начинает дрожать мелкой дрожью, так птички согревают себя и, восстановив подвижность, отправляются за первым завтраком.
Могут впадать в оцепенение и другие птицы. В их числе настоящие козодои, живущие в Европе, и относящиеся к тому же семейству североамериканские спящие козодои. Эти птицы ведут сумеречный образ жизни, а днем лежат где-нибудь в укромном уголке в тени кустов или высокого пня. Они значительно крупнее колибри. Вес тела большинства видов колеблется от 30 до 50 граммов.
Птицы эти относятся к насекомоядным. Свою добычу они ловят в темноте. Видимо, сумеречные охоты оправдывают себя только в теплые ночи, когда в воздухе кишит комарье и прочие мелкие насекомые. Но на Севере и в горах ночи часто бывают холодными, и над козодоями всегда висит опасность вернутся на дневку с полупустым желудком. Видимо, ночной образ жизни и способ питания вынудили их научиться переводить температуру своего тела на более низкий уровень. Это не дает такого впечатляющего эффекта, как у колибри, но все-таки позволяет козодоям снижать обмен веществ в 13– 18 раз.
Насекомоядные летучие мыши, вернувшись с ночной охоты, приводят себя в порядок и, угнездившись поудобнее, быстро снижают температуру тела и впадают в оцепенение. Этим одинаково широко пользуются как виды, прилетающие к нам летом на Север, так и типичные обитатели тропиков. Там подобных специалистов даже больше, чем в зоне умеренного климата. И, судя по всему, это изобретение сделано животными жарких стран.
Прибегают к помощи оцепенения некоторые грызуны и сумчатые. Бразильский карликовый опоссум около трети суток проводит в этом состоянии. Карликовые хомячки, живущие в густой траве по лесным опушкам и полянам, весят около 7—8 граммов. Лишенные пищи, они быстро впадают в оцепенение, снижая температуру тела на 10—12 градусов. Эти наблюдения подтверждают, что в основе перевода терморегуляции на пониженный режим лежат не климатические условия среды, а, главным образом, доступность пищи, наличие энергетических ресурсов.
Интересно, что как снижение температуры тела, так и последующий разогрев после выхода из оцепенения протекают, можно сказать, стремительно. Колибри охлаждаются за считанные секунды. Почти так же быстро впадают в оцепенение летучие мыши. Разогрев тела у этих мелких животных не требует значительных расходов энергии. Колибри, весящему 4 грамма, для этого требуется всего 57 калорий, а козодою с весом тела 40 граммов – 570 калорий.
Хотя колибри и козодои систематически прибегают к помощи кратковременной консервации, к переводу своей «отопительной» системы на сниженный режим работы, нельзя сказать, что все происходящие при этом процессы хорошо отрегулированы. Манипуляции с температурой тела – вещь весьма опасная. Пока птицы находятся в оцепенении, наружная температура может опуститься значительно ниже температуры их тела. В этот период бороться с холодом птицы не в состоянии и могут погибнуть. Они переносят только кратковременное падение температуры тела: колибри до +8, а козодои даже до +5 градусов, но выйти из оцепенения, имея столь низкую температуру, не способны. Если в ближайшие часы температура воздуха поднимется до 15—17 градусов и согреет их, птицы спасены. Теперь они способны на дальнейший разогрев.
Совсем иначе ведут себя летучие мыши. Если в период оцепенения температура тела ночницы опускается до 3—5 градусов, зверек автоматически проснется и за 40– 60 минут может поднять свою температуру до нормального уровня. Это дает ему возможность спастись, подыскав убежище потеплее.
Отсутствие надежной техники безопасности – одно из доказательств того, что оцепенение изобретено обитателями тропиков, где температура окружающей среды никогда не падает до опасно низкого уровня. Лесным обитателям зоны холодного и умеренного климата больше подходит зимняя спячка. Она свойственна животным, которые прекрасно умеют поддерживать температуру тела на постоянном уровне и способны обеспечить себя топливом на неактивный период, на длинные холодные ночи или на не менее прохладные дневки. Однако осенью, когда среднесуточная температура окружающей среды значительно снижается, да и добывать корм становится все сложнее, животные впадают в спячку, как бы становятся на длительную консервацию, что позволяет им пережить зиму.
К услугам длительной консервации прибегают многие северяне. В их числе бурундуки, сони, мышовки, а из насекомоядных – ежи.
Летучие мыши, остающиеся на зимовку на Севере, весь этот длительный период в 6—7 и даже 7,5 месяца спят крепким сном. Из птиц способен впадать в длительную спячку лишь спящий козодой. Как видите, все мелкота.
Только одно исключение известно для крупных животных – медведи. Некоторые представители этого семейства на зиму устраивают берлогу или забираются в дупла и спят непробудным сном до весны. И что особенно интересно, совсем не те медведи, что живут в особенно суровых климатических условиях, а их родственники из более южных районов, которым зимой трудно добывать пропитание. Впрочем, дело с медведями не совсем ясное. Многие зоологи не считают, что эти звери впадают в настоящую спячку, так как температура их тела в этот период снижается всего до 31 градуса.
От кратковременного оцепенения зимняя спячка отличается не только значительно большей продолжительностью, но и тем, что требует серьезной подготовки. Во-первых, готовясь к спячке, животные накапливают жировой запас, при этом существенно увеличивается доля бурого жира. И прежде чем окончательно погрузиться в глубокий сон, проводят основательную тренировку, совершая многократные «пробные» снижения температуры тела. Только поупражнявшись в течение нескольких дней, лесная соня или летучая мышь наконец засыпает всерьез. Температура в этом случае падает медленно со скоростью 2—4 градуса в час, и, чтобы уменьшить ее на 10 градусов, требуется 2,5—5 часов. И еще одна особенность: на период «консервации» животные подыскивают себе не только безопасные, но и теплые квартиры, поскольку всерьез бороться с морозами они не в состоянии.
Во время спячки температура животного лишь на 1 – 2 градуса выше температуры окружающей среды. Хомяки, сони, летучие мыши способны, не просыпаясь, поддерживать свою температуру на уровне +2 градусов, даже если воздух охладится до нуля. Вот почему им так необходимы теплые убежища. Глубокая гипотермия приводит к резкому снижению потребностей организма в энергетических ресурсах и, естественно, к их экономии. Она весьма велика, так как обмен веществ может уменьшиться в 20—100 раз. Это значит, что энергетических ресурсов, запаренных на два дня активной жизни, теперь хватит на 40—200 дней.