Занимательная физиология - Борис Сергеев

Гидродинамические устройства в конечностях пауков выполняют двигательную функцию. Сгибание конечностей у этих восьминогих существ, каждая лапка которых состоит из 6–7 члеников, происходит, как и у всех прочих животных, за счет сокращения специальных мышц, а разгибание — из-за повышения давления внутри одетых в хитиновую броню конечностей.

Большое значение имеют гидродинамические устройства для рытья нор. Земляной червь при попытке вырыть норку во влажной почве (сухую червь увлажняет сам) максимально сокращает кольцевую мускулатуру своего переднего головного конца, превращая его почти что в острое шило, и ищет хоть малейшей щелки между частичками земли. Если это не удается, червь начинает забивать в землю передний конец, ударяя по нему изнутри глоткой, которая приводится в движение с помощью гидродинамического устройства. Повышение давления с 2 до 14 миллиметров водного столба позволяет наносить удар с силой 8,5 грамма. Внедрившись хоть немножко в почву, червь повышает давление в самой передней части тела, расширяя ее, а вместе с ней и проделанное отверстие. Многократно повторяя описанные выше движения, в не очень твердой почве червь прямо на глазах зарывается в землю. Еще энергичнее действуют сипункулиды, развивающие при рытье нор давление до 600 миллиметров водного столба.

К числу самых совершенных гидродинамических устройств относится двигательный аппарат иглокожих, который особенно хорошо развит у морских звезд и ежей, офиур и многих голотурий. Лучи морских звезд пронизаны симметрично расположенными лучевыми каналами, наполненными водянистой жидкостью. Веточки, отходящие от каналов, проникают в каждую из крохотных мускульных ножек, расположенных на нижней, ротовой стороне лучей. Во время движения жидкость нагнетается в ножки, которые при этом сильно набухают, вытягиваются вперед по направлению движения и с помощью присосок прикрепляются к грунту, после чего их мускулатура сокращается, выталкивая жидкость из каналов и немного подтягивая звезду вперед. Затем ножки отцепляются от субстрата, по которому ползет звезда, в них вновь нагнетается жидкость, и все повторяется сначала. Как видите, сердце не единственный насос, используемый природой для обеспечения важнейших жизненных функций организма многих животных.

Где достать дровишек?

Наша Земля, как и другие планеты солнечной системы, имеет очень неоднородный климат. Есть у нас такие заветные местечки в Антарктиде, где температура падает до −88 градусов, зато в Африке она нередко поднимается до +55, но это, конечно, крайности. Они наблюдаются в очень немногих районах земного шара. А в основном-то климат более приветлив. Видимо, поэтому у большинства живых существ процессы жизнедеятельности возможны при температурах тела от 0 до 40 градусов. Достаточно широкий диапазон, и все-таки для многих животных и растений он узок.

Есть водоросли, которые живут, размножаются и, по-видимому, прекрасно себя чувствуют в горячих источниках с температурой 70–90 градусов. Среди вечных полярных льдов также существует жизнь. Это поразительное открытие почти двести лет назад сделала экспедиция полярного исследователя Сосюра. Впрочем, удивило ученых тогда другое. Экспедиция обнаружила районы, где лежал кроваво-красный снег. Это зрелище даже у самых хладнокровных людей вызывало тревожное чувство.

Причина необычной окраски снега вскоре разъяснилась. Удалось установить, что виной тому микроскопические одноклеточные водоросли, покрывавшие его поверхность. Впоследствии эти водоросли, которым было присвоено название «хламидомонада снежная», находили в различных районах Арктики и Антарктики, в вечных снегах высочайших горных массивов, в том числе и у нас на Кавказе.

Сейчас ученым известно свыше 140 видов растений, постоянно живущих во льдах и снегах. Многие из них окрашены в фиолетовый, красный, коричневый или зеленый цвета и придают снегу соответствующую окраску.

Для того чтобы хламидомонада снежная успешно развивалась, нужно очень много солнечного света и достаточно холодная погода. Поэтому в больших количествах она встречается только в полярных районах и на горных вершинах. Исключительная холодостойкость снежных водорослей, вначале поразившая ученых, теперь никого особенно не удивляет. Гораздо интереснее их теплобоязнь. Хламидомонада снежная погибает от «жары» уже при температуре 4 градуса. Для нас с вами это очень холодно! Организмов с более сильной теплобоязнью, чем у хламидомонады, на Земле, видимо, нет.

Интересно, что один и тот же вид животных иногда может встречаться во всех климатических зонах: от полярных областей до экватора. У отдельных рас таких космополитов тепло— и холодоустойчивость бывают далеко не одинаковыми. Черви теребеллиды, живущие в Северном Ледовитом океане около Гренландии, гибнут от «жары» уже при температуре воды 6–7 градусов. Их южные собратья из Индийского океана легко переносят нагревание воды до 24 градусов.

Чемпионы среди теплолюбивых животных — рачки, живущие в очень теплых, слегка солоноватых озерах Аравийского полуострова. Они ужасно «мерзнут» уже при 35 градусах, а при дальнейшем понижении температуры гибнут от «холода».

Не все животные такие неженки. Обычно холод переносится легко. Споры и примитивные животные (коловратки и тихоходки) выживают при температуре, близкой к абсолютному нулю, то есть около −273 градуса. Даже такие высокоразвитые организмы, как насекомые, их яйца и куколки, могут переносить значительное охлаждение. Многие из них в наших северных условиях зимуют открыто, выдерживая тридцати-пятидесятиградусные зимние холода. А в условиях лаборатории они переносили холод в −80–250 градусов.

Почему же, несмотря на большую тепло- и холодоустойчивость многих животных, их активная жизнедеятельность возможна лишь в относительно узком диапазоне?

Температура определяет скорость движения молекул любых веществ, в том числе и тех, из которых построено тело животных. Чем температура ниже, тем скорость движения молекул меньше, и, следовательно, тем медленнее идут химические реакции, пока их скорость не понизится настолько, что активная жизнедеятельность станет невозможной. Это происходит при температуре образования льда: основные химические реакции в организме идут в водных растворах.

Верхний предел переносимых температур зависит от устойчивости белков и жиров. Уже при нагревании выше 40 градусов они настолько изменяются, что клетки гибнут. Вот поэтому все животные стремятся к оптимальным для них температурным условиям. Достигают они этого по-разному.

Как известно, на земле существуют пойкилотермные (холоднокровные) животные, температура тела которых зависит от температуры окружающей среды. В холодную погоду им приходится подчас прибегать к очень замысловатым способам, чтобы как-то обогреться.

Высшие животные (гомойотермные, или теплокровные) изобрели универсальный способ поддержания температуры своего тела, специально вырабатывая тепло.

Впрочем, это делает любая клетка тела любого организма, если она активно участвует в обмене веществ. Такая клетка хоть на тысячную долю градуса всегда теплее окружающей ее среды. Поэтому не совсем верно утверждение школьных учебников, что температура тела у холоднокровных животных такая же, как в окружающей среде. Естественно, что маленькие животные и тепла вырабатывают мало и быстро отдают его в окружающую среду. Тут очень трудно заметить, что животное теплее среды. Зато у крупных и тепла вырабатывается больше и оно дольше сохраняется. Маленькая форель, живущая в прокладной воде горных ручьев, всего на 0,012 градуса теплее воды, а температура тела у крупного тунца или макайры значительно, не меньше чем на 6 градусов, выше температуры воды.

Для пойкилотермных животных самый простой способ согреться — подыскать для себя местечко с подходящим микроклиматом. Когда становится холодно, они прячутся в норах, ищут убежища на дне глубоких водоемов, а некоторые сами творят для себя микроклимат. На это способны даже растения. Известно, что в лесу климат мягче, чем на соседних полях.

Долгое время ученых мучила загадка: как удается снежным водорослям, о которых шла речь, поддерживать высокий уровень обмена веществ и интенсивно размножаться при низких температурах? Откуда они черпают для этого энергию? Таким свойством не обладают другие организмы на нашей планете.

Недавно выяснилось, что снежные водоросли сами создают для себя благоприятную обстановку. Они не разбросаны по снегу в одиночку, а живут крохотными колониями. В солнечную погоду темные скопления водорослей нагреваются, снег вокруг них подтаивает и каждая колония оказывается в миниатюрной ямке. Очень часто вода на поверхности замерзает, и ванночка с водорослями оказывается прикрытой сверху тонкой корочкой льда. Образуется маленький парничок, где может поддерживаться температура около нуля.