Борис Сергеев - Жизнь лесных дебрей
Сейчас в научной литературе термины «теплокровные» и «холоднокровные» почти не употребляют. Однако здесь они будут сохранены. К теплокровным мы будем относить птиц и млекопитающих, хотя некоторые из них умеют снижать свою температуру до очень низкого уровня и могут много дней находиться в таком «охлажденном» состоянии, а к холоднокровным всех остальных, хотя они способны подолгу поддерживать температуру тела значительно выше температуры окружающей среды. Использование этих терминов отражается на точности формулировок, но зато упрощает изложение.
Первым, кто не только обратил внимание на несоответствие существующей классификации фактическому положению вещей, но и попытался ее усовершенствовать, был известный советский зоолог и этнограф, один из немногих русских, кому довелось совершить путешествие в дебри Амазонки, И. Стрельников. В отрочестве монастырский служка, а в годы расцвета творческих сил профессор Сельскохозяйственного института в городе Пушкине, Стрельников всегда интересовался теоретическими вопросами биологии. Анализируя имевшиеся в его распоряжении данные о температурных параметрах живых организмов, он ввел в науку понятие об экологической терморегуляции. Под этим термином понимают способность животных изменять температуру своего тела в соответствии с экологическими потребностями и конкретной ситуацией.
Холоднокровным животным, как мы уже видели, чтобы сохранять высокую активность, необходимо поддерживать температуру тела на оптимальном уровне. Для обитателей тропических лесов он достаточно высок: 25– 35 градусов. Даже теплый климат экваториальных лесов не гарантирует его обитателям возможности в нужный момент иметь необходимую температуру. Оптимум для жителей северных и горных лесов может лежать в диапазоне 20—25 градусов или быть ниже. Но здесь погодные условия дают еще меньше возможностей его достигнуть,
Значительно сложнее теплокровным, так как диапазон температур, при которых они могут не только сохранять активность, но и саму жизнь, чрезвычайно узок. У утконоса и ехидны подъем жизненных сил происходит при температуре тела в районе 30, у сумчатых – 35, у остальных млекопитающих 38, а птицам для этого требуется около 40—42 градусов.
Откуда животные черпают тепло? Все без исключения организмы вырабатывают собственное тепло, но его доля в тепловом балансе у теплокровных и холоднокровных животных различна. Дело в том, что любая клетка в процессе обычной жизнедеятельности вырабатывает тепло, и ее температура хотя бы в ничтожной степени превышает температуру окружающей среды. Холоднокровным животным собственного тепла не хватает, и они вынуждены заимствовать его у внешних источников, а теплокровные умеют вырабатывать больше тепла, чем теряют его в самые сильные холода. Для сохранения постоянной температуры тела необходимы мощные «печи» и надежная термоизоляция. Теплокровные бережно, по-хозяйски относятся к производимому теплу и зря его не растрачивают.
Температура тела может оставаться постоянной лишь до тех пор, пока приток тепла и его потери равны. Если животное отдает во внешнюю среду больше тепла, чем производит, оно начинает мерзнуть. Но когда приток внешнего тепла или его производство превышает расходы, возникает опасность перегрева. Теоретически для восстановления status quo существует две возможности: изменить процесс воспроизводства тепла или уровень теплоотдачи. Животные используют для этого десятки различных способов.
Физиология терморегуляции тесно связана с климатическими условиями среды обитания и с прочими экологическими особенностями жизни лесных обитателей. Физиологическая экология температурных адаптации – важнейшая часть тех приспособлений, которые позволили им обжить любые районы Земли.
ПРИДЕТСЯ ПОДБРОСИТЬ ДРОВИШЕК
Нужно ли топить печи в доме, который хозяева надолго покинули? Это зависит от того, что он собою представляет. Чаще пустующие дома не отапливают, в других топят зимой, А как выгоднее поступить животным? Что для них экономичнее: круглосуточно поддерживать температуру тела на постоянном уровне или, воспользовавшись принципами экологической терморегуляции, поднимать ее лишь в периоды высокой активности, а все остальное время в целях экономии поддерживать на минимально допустимом уровне? На первый взгляд второй способ кажется более целесообразным. Однако настораживает то обстоятельство, что среди высших животных немногие придерживаются такого модуса. Попробуем, опираясь на количественные оценки, ответить на заданный вопрос.
Для этого необходимо знать, сколько нужно тепла, чтобы поднять температуру тела животного. Оказывается, много, но все познается в сравнении. Чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус, нужно затратить 1 калорию. Для большинства металлов требуется в 10 раз меньше, всего 0,1 калории, для сухого дерева – 0,4, для каучука и жира – 0,5. 1 литр воздуха, весящий чуть более 1 грамма, согреется на 1 градус, использовав всего 0,3 калории. Тела животных содержат много воды, благодаря этому их теплоемкость велика. Для млекопитающих она равна 0,82 калории. Это значит, что небольшой древесной крысе, весящей 100 граммов, чтобы поднять свою температуру на 2 градуса, требуется 164, а для трехтонного слона – почти 5 миллионов калорий!
Знакомство с теплоемкостью живых организмов позволяет сделать два важных вывода. Во-первых, гораздо выгоднее однажды вложить существенную часть ресурсов организма в создание термоизоляции, а потом поддерживать температуру па постоянном уровне, чем по нескольку раз в день отдавать накопленное тепло в окружающую среду, а затем вновь поднимать температуру. Во-вторых, если хочешь сохранять постоянную температуру, выгоднее быть большим. Хотя крупные животные согреваются медленно, зато, накопив достаточно тепла, они медленнее с ним расстаются. Только относительно мелкие существа могут себе позволить регулярно остывать и вновь согреваться.
Тепло вырабатывается любой клеткой тела, однако большинство из них производят его совсем немного. Решающего значения в общем тепловом балансе оно не имеет. Места, где в печах полыхает пламя, – скопления бурой жировой ткани, мышцы, мозг, кишечник и другие внутренние органы тела. Больше всего дает сердце. У человека до 30 калорий в час на 1 грамм сердечной мышцы. Сердце, почки, легкие, мозг и другие органы ни на минуту не прекращают своей деятельности. Видимо, именно поэтому их «печи» горят так жарко. У человека среднего роста с массой около 70 килограммов эти органы весят примерно 5,5 килограмма, то есть всего 8 процентов, а тепла вырабатывают до70 – 75 процентов. Мышцы даже при полном покое продуцируют несколько больше тепла, чем кожа, костная ткань или белый жир. Однако в общем балансе организма оно составляет всего 15—16 процентов.
Для каждого вида животных существует свой температурный диапазон, когда им не приходится предпринимать дополнительных усилий для обогрева или охлаждения. Но чуть температура опустится, выйдет за пределы нижней границы термонейтральной зоны (эту границу называют нижней критической температурой), животным приходится прибегать к дополнительным мерам, чтобы сохранить неизменной температуру тела. Нижняя критическая температура тропических животных высока, обычно она лежит в пределах 20—30 градусов, а у самых мелких еще выше. Для малого козодоя с Антильских островов она равняется 35, для серой сойки, жительницы австралийских лесов, – 36, а для садовой овсянки из южной Калифорнии даже 38 градусам.
Теплокровные животные, чуть только их тело начинает остывать, переводят свои «печи» на форсированный режим. При этом производство тепла может увеличиться в 1,5—2 раза. Жители тропиков мерзнут даже в жару. Обезьянам холодно, когда температура воздуха в кронах, где они проводят большую часть дня, падает до + 28, а при +18 градусах, чтобы сохранить постоянную температуру тела, им приходится вдвое увеличивать интенсивность обмена веществ. Это дорогая цена, но обезьяны, не испытывающие в джунглях недостатка в калорийной пище, могут позволить себе подобную роскошь. Песец только при —40 начинает немного мерзнуть, но даже при падении температуры наружного воздуха до —70 градусов повышает уровень производства тепла всего на 50 процентов.
Мощность «печей» имеет предел. Когда она исчерпана, возникает мышечная дрожь. Это приводит к существенному усилению теплопродукции, но и ее может быть недостаточно. Только серьезная работа, сопровождающаяся значительным повышением обмена веществ, позволяет в 10 раз увеличить производство в мышцах тепла. Крупным животным, размером не меньше зайца, если термоизоляция их тела ничем искусственно не нарушена, во время усиленной мышечной деятельности падение температуры тела не грозит, конечно, пока мороз существенно не превысит величин, привычных для той местности, к которой адаптировано данное существо.
