Занимательная физиология - Борис Сергеев

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.

Однако не только повышение температуры до нуля градусов обеспечивает водоросли благоприятные условия существования. Ученые предполагают, что хламидомонады снабжены устройством, работающим аналогично полупроводниковым электрическим батареям. Для получения электрического тока необходимо, чтобы одна часть полупроводникового прибора была нагрета, а другая охлаждена. Чем значительнее будет отличаться их температура, тем больше будет получено электроэнергии.

У снежных водорослей происходит то же самое. Одна сторона нагрета солнцем, другая сильно охлаждается. Видимо, это и обеспечивает водоросли необходимой для их жизнедеятельности энергией.

Богатые урожаи снежных микроорганизмов не пропадают впустую. Раз есть корм, всегда найдутся и его потребители, даже в Антарктиде. Этот материк представляется нам огромной мертвой страной, покрытой километровыми толщами льда, где 10–11 месяцев в году свирепствуют жестокие морозы и снежные бури и лишь на 1–2 месяца жестокие холода сменяются более слабыми морозами. Мы привыкли думать, что немногие обитатели этого континента: тюлени, пингвины и несколько видов птиц живут вблизи океана, а весь остальной материк абсолютно безжизненный. Это не совсем верно. За годы изучения Антарктики ученые обнаружили в ее вечных снегах около 50 видов насекомых и других животных. Жизнь проникла далеко в глубь этого сурового материка.

Рекордсменом по дальности оказался крохотный паучок, которого нашли сотрудники английской экспедиции всего в 500 километрах от Южного полюса. Этот паучок живет в водорослевогрибных садиках. Если колонии водорослей расположены рядом, парнички сливаются, образуя целую систему подснежных оранжерей. В них-то и поселяются паучки. В оранжереях много корма, значительно теплее, чем на ветру, да и сам жилец одет в темную рубашку, которая на солнце неплохо прогревается. Когда же короткое полярное лето кончается, паучок впадает в спячку.

Лучистой энергией солнца пользуются и другие животные. Насекомые, обитающие в полярных областях и высокогорных районах, носят темную одежду, хорошо поглощающую тепловые лучи. Поэтому в солнечную погоду температура тела таких насекомых значительно выше температуры окружающего воздуха.

Другие животные научились регулировать количество получаемого тепла. Это очень важно, ведь в солнечные дни может возникнуть опасность перегревания. У многих земноводных и пресмыкающихся в коже есть специальные пигментные клетки, способные изменять свой размер. Когда пигментные клетки малы, цвет кожи остается светлым и она отражает солнечные лучи. При расширении пигментных клеток окраска кожи резко темнеет, значительно лучше поглощает солнечные лучи, и тело животного нагревается, но только до известного предела. При малейшем перегреве пигментные клетки вновь сжимаются, и дальнейшее нагревание прекращается.

Иначе поступает перламутровка. Этой бабочке необходимо, чтобы температура ее тела была 32,5–35,5 градуса. В солнечную погоду бабочка поддерживает такую температуру довольно точно, независимо от температуры воздуха. Основной тепловоспринимающей поверхностью ей служат крылья. Наиболее сильное нагревание происходит, когда крылья полностью раскрыты и направлены перпендикулярно к солнечным лучам. Чем меньше угол облучения, тем нагревание меньше. Терморегуляция у бабочек осуществляется благодаря изменению положения крыльев. Пока температура тела низка, крылья расположены так, чтобы происходило их максимальное нагревание. Когда температура тела достигает 35 градусов, бабочка начинает двигать крыльями и делает это до тех пор, пока не найдет такого положения, при котором дальнейшее нагревание прекратится.

Этим же принципом пользуются термиты при строительстве своих жилищ. Обычно вызывает удивление, почему живущие в земле и ведущие скрытый образ жизни насекомые сооружают такие заметные гнезда. Оказалось, что в земле им недостаточно тепло. Некоторые термиты, обитающие в особенно жарких странах, строят очень высокие, но плоские термитники, обращенные ребром на юг. В полдень, когда солнце особенно горячо, его лучи скользят по их постройке и перегрева не происходит, зато в остальное время дня, с восхода и до самого заката, солнечные лучи падают на боковые стенки, согревая гнездо.

Теплокровные животные обладают способностью сохранять постоянной температуру своего тела, не прибегая к помощи солнца. В холодную погоду они вырабатывают много тепла, а в жаркую умеют отдавать его излишки в окружающую среду. Впрочем, к повышению температуры животные нашей планеты приспособлены хуже, чем к холоду.

Мороз многие из них переносят легко. Разница между температурой тела и температурой окружающей среды может превышать 80 градусов, а животные будут поддерживать постоянство своей температуры. Особенно много подобных животных можно найти среди представителей арктической фауны. Например, температура тела белой куропатки равна 43 градусам; куропатка сохраняет ее и при сорокаградусном морозе.

Чтобы не замерзнуть, у теплокровных животных есть много приспособлений. Когда температура воздуха понижается, начинают действовать механизмы, усиливающие теплоизоляцию организма. В первую очередь сжимаются кожные сосуды, кожа становится холодной и меньше отдает тепла. Шерсть и перья встопорщиваются, между шерстинками становится больше воздуха, а ведь неподвижный воздух после вакуума самый лучший теплоизолятор. Кстати, эта милая привычка топорщить перья сохранилась и у человека. Когда мы мерзнем, у нас появляется гусиная кожа, причем остатки волос, те крохотные волоски, что еще сохранились на нашем теле, становятся дыбом. К сожалению, теплее нам от этого не бывает.

Если принятые меры не дали нужных результатов и охлаждение не прекратилось, возникает дрожь. Она совсем не бесполезна, как можно было бы думать. Мышечные сокращения сопровождаются выделением значительного количества тепла, поэтому с появлением дрожи значительно увеличивается теплопродукция.

Дрожать умеют только теплокровные животные, зато к работе мышц для увеличения производства тепла прибегают очень многие. Вот один из примеров. Как известно, рептилии не проявляют особого интереса к судьбе своего потомства. Исключений из этого правила очень немного. Об одном из них ученые знали уже давно. Самки некоторых видов крупных питонов, отложив яйца, не уползают прочь, а, обвившись кольцами вокруг них, несут караул до тех пор, пока не вылупятся змеята.

Конечно, на такого сторожа немногие рискнут напасть, слишком опасна наседка, но оказалось, что дело совсем не в этом. Самка питона охраняет свои яйца не столько от врагов, сколько от холода. Это может показаться неправдоподобным, ведь всем известно, что змеи животные хладнокровные. Однако такое представление не совсем верно. Если змея немного «побегает», то даже она может слегка согреться. Когда температура воздуха достаточно высока, питон лежит неподвижно, но как только станет холоднее, у него начинает работу поперечная мускулатура (при этом тело змеи то становится тонким, то опять утолщается). Питон трудится со всей силой, на которую способен (а силой он обладает не маленькой), пока не согреется сам и не согреет яйца. Вот какие удивительные бывают наседки.

Этот же способ используют насекомые. Они неспособны летать, пока не согреются. Бабочка ванесса в этом случае машет крыльями и даже в прохладную погоду, при температуре всего лишь в 10 градусов, за несколько минут умудряется согреться до 35, а во время полета ее температура достигает 37, совсем как у теплокровных.

При усиленной работе мышц выделяются значительные количества тепла, но одного дрожания теплокровным животным бывает недостаточно, и поэтому одновременно повышается обмен веществ, а следовательно, резко увеличивается химическая теплопродукция.

Пойкилотермные животные тоже иногда могут повышать свой обмен, но происходит это у них гораздо проще. Они начинают усиленно питаться, больше «сжигают» корма, создавая больше тепла. Самый разительный пример — пчелы. Каждая отдельная пчела, как и любое другое насекомое, не может поддерживать температуру своего тела. Но пчелиная семья, как целостный самостоятельный организм, теплокровна. Пчелы в отличие от остальных насекомых на зиму не засыпают. Брошенные в своих маленьких домиках на произвол снежных вьюг, они и в зимнюю стужу при −30 градусов остаются активными, а температура их «зимнего клуба» может в это время достигать +35.