Температурный режим поверхности нашей планеты варьирует в широком диапазоне: от морозов, доходящих до –88 в Антарктиде и –74 градусов на полюсе холода Северного полушария в Оймяконе, до +54,7 градуса в приземном слое воздуха долины Смерти, +83,5 градуса на поверхности почвы на побережье Красного моря и почти +100 градусов воды многих горячих источников.

И в самых суровых районах Антарктиды, и в горячих источниках существуют примитивные организмы. Для более развитых существ, если отбросить отдельные весьма немногочисленные исключения, диапазон, за пределы которого не должна выходить температура их тела, значительно уже: от –2 до +50 градусов. Это не значит, что более высокое нагревание или тем более охлаждение тела совершенно непереносимо. Многие беспозвоночные животные способны без вреда для себя непродолжительное время выдерживать значительные отклонения от этого диапазона, то есть выживать, но никто из них не в состоянии нормально жить, питаться, расти и размножаться за его пределами.

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

52-градусный диапазон — зона жизни нашей планеты. Это не значит, что она годится для любого организма. Как раз наоборот. Практически нет животных, которые одинаково хорошо себя чувствуют, когда температура тела падает до –2 и когда она подскакивает до + 50 градусов. Температурная граница жизни для отдельных видов животных значительно уже, а для многих составляет всего 1–2 градуса. Более существенные колебания температуры тела немедленно вызывают нарушения жизнедеятельности или гибель животных.

Температурный фактор оказывает влияние на любые процессы, протекающие в организме. С чем это связано, понять нетрудно. При температуре выше абсолютного нуля, то есть выше –273,15 градуса, молекулы любых веществ находятся в беспрерывном движении. Кинетическая активность, или частота соударений молекул, в результате которых происходит их разрушение или образование новых, пропорциональны абсолютной температуре. При повышении или понижении температуры на 10 градусов кинетическая активность соответственно изменяется на 3 процента, а интенсивность обмена веществ в два раза. Не удивительно, что температурный фактор определяет жизненную активность животных. Это в равной мере касается и физиологических процессов и всех форм поведения: от переваривания пищи до двигательной активности. Как-то в начале лета в Московском зоопарке я видел переселение крупных рептилий на летние квартиры. Обслуживающий персонал герпетария весьма фамильярно обходился с внушительными по размеру, зубастыми и далеко не мирными крокодилами. Посетители зоопарка, с интересом наблюдавшие эту картину, удивлялись, насколько ручными могут быть кровожадные хищники. А дело объяснялось просто. Переезд происходил при такой низкой температуре воздуха (и, естественно, тела крокодилов), когда рептилии оказываются не в состоянии не только кусаться, но и совершать быстрые энергичные движения.

Совершенно иначе ведут себя крокодилы в жару. В моей лаборатории они содержались в небольшом бассейне, затянутом сверху сеткой. Чтобы обеспечить высокую активность подопытных животных, температура воды поддерживалась на уровне 30–35 градусов. В теплой воде флегматичные и равнодушные ко всему рептилии, какими их привыкли видеть посетители наших зоопарков, весьма расторопны. Утром перед началом экспериментов, чтобы убедиться в хорошей «спортивной» форме подопечных, я клал ладонь на металлическую сетку. И хотя я знал, что немедленно подвергнусь атаке, моя реакция всегда запаздывала: крокодил неизменно повисал на сетке бассейна раньше, чем я успевал отдернуть руку.

Еще сравнительно недавно животных принято было делить на теплокровных, то есть умеющих поддерживать температуру тела на постоянном уровне, и холоднокровных, чья температура пассивно следует за температурой окружающей среды. Особенности терморегуляции огромного числа животных не укладываются в эту упрощенную схему.

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 до 70–75 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.

Совсем не обязательно, чтобы напряженная работа мышц сопровождалась внешней двигательной активностью. Зимой 1941 года, отличавшейся жестокими морозами, мне вместе с несколькими бойцами особого разведподразделения довелось более 10 часов кряду, все светлое время суток, провести лежа в снегу в десяти шагах от дороги, по которой непрерывным потоком двигались немецкие автомашины. Малейшее неосторожное движение могло стоить жизни. Кроме теплой одежды, от холода нас спасало умение вырабатывать тепло, быстро напрягая и расслабляя все мышцы тела. Это изматывает похуже любой тяжелой работы, но действительно позволяет согреться. Несмотря на сильный мороз, никто из нас в тот день не только не обморозился, но даже не подцепил насморка.

Почему-то к усилению мышечной активности для резкого увеличения теплопродукции прибегают, главным образом, крылатые существа. Насекомым, чтобы взлететь, необходимо поднять температуру в грудной части своего тела до 32 градусов. При более низкой температуре они не в состоянии совершать быстрых сокращений, а значит, число взмахов крыльев в единицу времени будет совершенно недостаточным, чтобы животные смогли оторваться от опоры и удержаться в воздухе. В полете поддерживать температуру тела не составляет труда. Это обеспечивается напряженной работой крыльев.

Самый распространенный способ разогрева — мелкая активная дрожь или холостая работа крыльев. К этому приему прибегают бабочки, жуки, мухи. Бражники — красивые крупные ночные бабочки с толстым массивным телом, густо покрытым длинными мохнатыми чешуйками, широко распространены на всех континентах. Живут они и в тропиках, и в умеренном климате, Большинство так или иначе связаны с лесом, а латают в сумерках.

В это время и в тропиках температура воздуха, а значит, и тела насекомых ниже полетной. Бражникам приходится предпринимать дополнительные усилия, чтобы согреться. Начинается некоординированная дрожь в их летательных мышцах и легкая вибрация крыльев, а потребление кислорода увеличивается вдвое. В процессе разогрева крылья остаются относительно неподвижными, так как мышцы, поднимающие их, и мышцы, которые их опускают, сокращаются одновременно и, видимо, развивают равные усилия.

Активное производство тепла и приличная термоизоляция волосатого тела позволяют бражнику согреваться со скоростью 4 градуса в минуту. Если воздух в ночном лесу прогрет до 10 градусов, через 5–6 минут бабочка может отправляться в путь. Интересно отметить, что нервные ганглии (координационный центр, руководящий работой крыльев) чувствительнее к недостатку тепла, чем «мотор», приводящий их в движение. Некоторые неженки, вроде бражника Мандура, не в состоянии подняться в воздух, пока не согреются до 38, а в полете поддерживают температуру тела на уровне 34–45 градусов.

Чтобы подготовиться к полету, совсем не обязательно махать крыльями. Небольшие водяные жуки из рода полоскунов живут в маленьких прудах или заполненных водой ямах, но не утратили способности летать. С наступлением темноты они вылезают из воды и, прежде чем подняться в воздух, производят низкие звуки частотою до 140 герц. Видимо, гудеть басом — дело совсем не легкое. Во всяком случае, работа мышц, необходимая для исполнения «музыкального вступления» к полету, позволяет жуку согреться.

Шмели, проникающие далеко на Север, менее требовательны к температуре. Им достаточно согреться всего до 29–30 градусов, поэтому нектар с цветов шмели могут собирать до глубокой осени, когда температура воздуха даже в солнечную погоду опускается до 5–6 градусов. В такой холод никто из конкурентов летать не в состоянии, и шмель не тратит много времени на поиски еще не тронутых и богатых нектаром цветов.

Экстренное и притом значительное повышение температуры тела с помощью активной мышечной деятельности выгодно лишь мелким и очень мелким животным. Трехграммовому бражнику, чтобы поднять температуру тела на 25 градусов, приходится затрачивать 50–60 калорий! Подсчитайте, насколько энергоемким оказался бы разогрев существа весом 100–150 килограммов.

Среди крупных существ, способных активно вырабатывать мышечное тепло, — змеи. В Ленинградском зоопарке систематически размножается большинство обитателей серпетария, в том числе гиганты змеиного царства — питоны. Эти змеи, достигающие в длину 8–10 метров и 60 килограммов веса, — обитатели девственных тропических лесов Старого Света. Они нападают на крупных животных и, обвиваясь кольцами вокруг их тела, душат. Недаром мышцы тела развиты у питона значительно лучше, чем у других змей. Взрослый питон легко справляется с козой, свиньей, собакой, а иногда отваживается нападать даже на леопардов.

Питоны относятся к числу немногих рептилий, которые проявляют заботу о своем потомстве. Эту функцию целиком берет на себя мать. В Ленинградском зоопарке самки тигрового питона откладывают по 40–50 яиц. Закончив эту важную процедуру, мать собирает их в кучу и обвивается вокруг кладки, делая 3–4 кольца. Получается живой «кувшин», наполненный крупными змеиными яйцами. У опытных самок горловина «кувшина» оказывается достаточно узкой, и она, как крышкой, закрывает ее отверстие своей головой. Натуралисты прошлого столетия полагали, что мать просто охраняет свое потомство. Но когда в условиях зоопарка удалось измерить температуру между кольцами «сидящей» на яйцах самки, она оказалась на 10–15 градусов выше температуры окружающего воздуха. Значит, не только охраняет, а греет, высиживает.

Нужно сказать, что в огромном теле питона, больше чем наполовину состоящем из мышц, вырабатывается много тепла, поэтому температура змеи, когда она спокойно переваривает пищу, может быть на 6–7 градусов выше температуры воздуха. Однако для нормального развития яиц нужна температура 35 градусов, поэтому приходится прибегать к мышечной деятельности. Посетители зоопарка могут наблюдать, как змея, сидя на яйцах, регулярно вздрагивает всем своим могучим телом.

Она с успехом борется за создание оптимального режима насиживания, пока температура окружающей среды не снижается до 22 градусов. В этот период обмен веществ у самки увеличивается в 10 раз, и за 80-дневное насиживание, в продолжении которого змея голодает, ее вес падает на 30–35 процентов! Вот почему, готовясь к размножению, самка усиленно питается, стараясь значительно увеличить свои энергетические ресурсы, обзавестись так необходимыми в этот период запасами жирка. Произвольная выработка тепла для насиживания яиц — в среде рептилий явление уникальное.

 

ШУБЫ, ПОЛУШУБКИ, МАЛАХАИ

Жара, духота и постоянный полумрак — вот главные впечатления, которые выносит путешественник из поездки во влажные тропические леса, из амазонской сельвы, африканской гилей, из джунглей, покрывающих острова Тихого и Индийского океанов. Для северян тропики представляются зоной вечной изнуряющей жары. Может показаться, что животные тропической зоны озабочены только тем, чтобы не перегреться и не получить солнечного удара, а над обитателями северных листопадных лесов и приполярной тайги все время висят угроза замерзнуть.

Это не соответствует действительности. Жителям влажных тропических лесов бывает холодно ничуть не реже, чем жителям Севера. В джунглях не принято одеваться в теплые шубы, и обитающие там животные, привыкнув к оранжерейным условиям существования, становятся настолько изнеженными, что страдают при самом незначительном падении температуры окружающей среды.

Как только становится прохладно, животное начинает остывать, теряет много тепла. Львиную долю тепла вырабатывают внутренние органы. Вот почему все частя тела теплокровных животных не могут иметь одинаковую температуру. Обычно поверхностные покровы и дальняя «периферия» холоднее «ядра». Такое положение противоестественно. Тепло имеет тенденцию к рассеиванию, то есть передается от более теплых предметов к более холодным, от «ядра» тела животных к его поверхности и оттуда во внешнюю среду. Таким образом, теплоотдача начинается с перераспределения тепла внутри организма. Это происходит двумя путями.

Первый — обычная теплопроводность. Если большим толстым гвоздем пробить насквозь стену, а затем паяльной лампой нагревать его головку, температура кончика, оказавшегося в соседней комнате, тоже резко возрастет. В металлах тепло распространяется очень легко. Чтобы оценить, в какой степени это свойство присуще разным веществам и материалам, познакомимся с коэффициентами теплопроводности различных веществ:

Серебро — 0,97 кал/см-сек-град.

Алюминий — 0,5 »

Сталь — 0,11 »

Вода — 0,0014 »

Ткани тела теплокровных животных — 0,0011 ».

Как видно из приведенных данных, теплопроводность тела примерно в 1000 раз ниже, чем у серебра, и это для живых организмов благо. Низкая теплопроводность не позволяет животным ни быстро прогреваться, ни стремительно остывать. Только благодаря этому мы имеем возможность успешно бороться и с жарою, и с холодом.

Потери тепла у обитателей леса происходят главным образом за счет теплопроводности: тепло организма переходит в прилегающий к телу слой воздуха и рассеивается в нем. Благодаря низкой теплоемкости и теплопроводности воздуха потери тепла не были бы велики, однако процесс теплообмена со средой этим не исчерпывается. Плотность воздуха зависит от его температуры, с ее повышением она уменьшается. Как только соприкасающийся с телом слой воздуха нагреется и его плотность уменьшится, он начнет подниматься вверх, «всплывать», а его место занимает холодный воздух, и теперь уже он воспринимает тепло тела. Этот процесс существенно ускоряется при самом незначительном ветерке. В ветреную погоду животные остывают быстрее.

Для поддержания теплового баланса огромное, иногда решающее значение имеет термоизоляция. Теплокровные животные, за очень редким исключением, одеты в шубки из меха и перьев. Качество одежды, которую они носят, находится в прямой зависимости от климатических условий.

Давайте продолжим знакомство с коэффициентом теплопроводности различных материалов, чтобы оценить теплозащитные свойства одежды четвероногих и пернатых обитателей нашей планеты:

Сухая почва — 0,0008 кал/см-сек-град.

Сухая древесина — 0,0003 »

Воздух — 0,000057 »

Мех животных — 0,000091 »

Обитатели Севера щеголяют в замечательных шубах и малахаях. Однако секрет высокого качества их одежды не в особых свойствах материалов, из которых состоят волосы и перья, а скорее в. их конструкции.

Живая часть волоса — корень, или волосяная луковица, — спрятана в толще кожи. То, что находится снаружи, — ствол волоса. В нем различают сердцевину, корковый слой и кожицу. Сердцевина волоса пориста. Воздух, заполняющий поры, делает его теплоизолятором. Корковый слой придает волосу прочность, а кожица предохраняет от химических и механических повреждений, Волос растет только в районе луковицы. Его ствол мертв.

Для борьбы с холодом используются два типа волос: пух и ость, Тонкие и нежные пуховые волосы гораздо теплее остевых, но зато не так прочны. Поэтому чисто пуховую шубку могут себе позволить лишь такие животные, как крот, что всю жизнь проводит в собственном доме. Большинство животных одеты в платье из обеих типов волос: мягкие и более короткие волосы греют, а длинные и жесткие остевые прикрывают их, предохраняя от возможных повреждений. Наконец, крупные сильные животные, вроде кабанов, лосей и оленей, пользуются не очень теплой одеждой, вытканной из одной грубой ости.

В дождевом тропическом лесу круглый год царит все тот же жаркий сезон, и поводов для смены туалетов не возникает. Но чем дальше от экватора, тем заметнее температурные различия между отдельными сезонами года. Летом даже в северных лесах теплую шубу хочется сбросить, а зимой немудрено замерзнуть и в ней. Как же быть?

Всепогодной одежды наземным обитателям Севера создать не удалось. Им приходится иметь хотя бы две перемены: легкую для лета и более теплую для зимней стужи. На 1 квадратном сантиметре летней серенькой беличьей шубки можно насчитать 4200 волос, а у зайца-беляка 8000. К зиме их шерсть становится в два раза гуще. Число волос на 1 квадратном сантиметре у белки увеличивается до 8100, а у беляка до 14 700. Разница значительна. В мороз беличья шубка годится разве что для небольших прогулок. В ней можно лишь выбежать ненадолго в лес, чтобы подкормиться. Спать на ветке белка не будет, за час-полтора она окоченеет. Другое дело заячья доха, в ней гораздо теплее. Беляк присядет под любым кустом, выроет ямку в снегу, спит и в ус не дует.

У черного гималайского медведя, обитателя наших дальневосточных лесов, хотя он всю зиму спит непробудным сном, уютно устроившись в сухом и теплом дупле, зимняя шкура в два раза лучше сохраняет тепло, чем летняя. Не отстают от него барибал, американский вариант азиатского черного медведя, и волк.

У птиц для теплоизоляции предназначены пух и перья. Построены они из рогового вещества, прочного, эластичного, упругого, да к тому же обладающего низкой теплопроводностью. Единственное предназначение пуха — предотвратить потери тепла. Вот почему у туканов и некоторых других обитателей тропического леса его нет совсем. Перья же выполняют много функций: позволяют птице летать, придают ее телу обтекаемую форму, предохраняют от травм. Защита кожных покровов от торчащих всюду сучьев, острых шипов и колючек в лесу вполне актуальна. На вид мягкий и нежный перьевой покров кажется простым украшением, но охотники знают, как хорошо он предохраняет птицу от порции дроби. Сидящую на воде утку убить гораздо труднее, чем во время полета, так как все важнейшие органы ее тела надежно прикрыты перьями крыльев.

Различают 3–4 типа перьев. Самые крупные поверхностные называются контурными, так как именно они формируют внешний вид птицы, контуры ее тела. Каждое состоит из центрального стержня (его нижняя полая часть, погруженная в кожу, называется очином) и отходящих от него бородок, несущих на себе более мелкие бородки, снабженные крючочками. С их помощью соседние бородки прочно сцепляются между собою. Одно перо может иметь несколько сотен тысяч бородок второго порядка с миллионами крючочков на них. Это делает перо очень надежной конструкцией. Если же под влиянием внешних воздействий соединение бородок нарушится и пластинка пера окажется надорванной, для птицы это не опасно. Сцепление бородок будет восстановлено в процессе ухода за оперением, на который птица тратит много труда и времени.

Ближе к очину пера расположен пух. Находящиеся здесь более длинные и тонкие бородки не имеют крючочков и не скреплены друг с другом. У некоторых птиц от этой же части стержня отходит веточка. Она несет небольшое опахало или пучок пуха.

Пуховые перья имеют более короткие и тонкие стержни, одетые длинными и мягкими, редко сидящими и не скрепленными между собой бородками. Часто стержни бывают такими короткими, что бородки практически растут пучком. Это уже не перо, а пух.

Нитевидные перья больше всего похожи на пуховые волосы млекопитающих, так как их тонкий нежный стержень не имеет бородок.

Птица кажется плотно закутанной в оболочку из перьев, но это не значит, что они сплошь покрывают все тело. Контурные растут лишь на некоторых строго определенных участках. Пух у одних птиц покрывает лишь участки, свободные от контурных перьев. Такая одежда бывает теплой. У других пух встречается только там, где растут перья. В этом случае он обычно бывает редок, а обладатели подобного оперения чаще всего живут в тропиках. Так одеты тинаму. Наконец, есть птицы, у которых все тело покрыто пухом. Это делает их шубку особенно теплой.

На теле птиц не так много перьев, пак кажется на первый взгляд. У породистой курицы немногим более 8 тысяч, а у американского лебедя 25, но 80 процентов на шее. Число перьев мелких воробьиных птиц зависит от условий их существования и колеблется от 1100 до 4600, а на теле крохотного рубиногорлого колибри умещается всего 940 перышек, но этого явно недостаточно. Одежда колибри не обеспечивает необходимой термоизоляции.

У птиц Севера, как и у зверей, две перемены одежды: для лета и зимней стужи. Летнее пальтишко воробья сшито из 3 тысяч перьев, а на зимнюю шубку идет на 400 перышек больше. К тому же сами перышки длиннее и пушистее, поэтому зимняя одежда весит на 30 процентов больше летней. И все же, когда дни становятся прохладнее и температура воздуха снижается до 10 градусов, птицам приходится в три раза увеличивать производство тепла.

Воробей относительно недавний обитатель Севера. Чиж и щегол — аборигены зоны умеренного и холодного климата — готовятся к наступлению холодов более основательно. Летом у чижа всего 1500 перьев, зимой 2100–2400. Щегол ростом с воробья, по на его зимнее щегольское пальто идет на тысячу перышек больше.

Ни заблаговременно приготовленная зимняя одежда, ни способность автоматически регулировать уровень производства тепла не гарантируют животное от охлаждения. Если создается угроза падения температуры тела, немедленно начинаются поиски способа восстановления теплового баланса. В первую очередь приводится в порядок одежда, чтобы никуда не поддувало, Для этого необходимо принять соответствующую позу.

Прорехи одежды, места, свободные от термоизоляции, есть у большинства животных. Чаще всего они находятся на морде, животе, на конечностях. Пока олень стоит на вытянутых ногах, более половины теряемого зверем тепла уходит через участки плохо защищенной от холода поверхности тела. Но стоит ему лечь, подобрать под себя ноги, и теплоотдача сократится в 2–3 раза. Наконец, сворачиваясь, животные закрывают все «форточки» и существенно сокращают площадь поверхности тела, непосредственно соприкасающуюся с холодным воздухом.

Особенно виртуозно сворачиваются мелкие животные. Спящая в снегу лисица превращается в шар и последнюю форточку — голый кончик носа прикрывает хвостом. Такая поза дает ей возможность в пять раз уменьшить теплопотери и позволяет легко обходиться без теплого дома. Лисы зимой у нас на Севере перестают пользоваться норами и круглые сутки проводят на открытом воздухе.

Насколько важно сокращение поверхности тела, показывают шаровые броненосцы. Свернуться в плотный шар способны представители всего лишь двух видов. Они это делают в случае опасности и становятся недоступными для своих главных врагов — лисиц и волков: ни прокусить панцирь, ни развернуть плотный шар хищники не могут. Второй повод свернуться — понижение внешней температуры. Панцирь не слишком надежная защита от холода, однако свернувшийся броненосец перестает мерзнуть.

В приведенных выше табличках удельной теплопроводности различных материалов сведения о свойствах оперения отсутствуют, так как они весьма непостоянны. Одежда зверей и птиц обладает удивительным свойством: она по желанию владельцев может стать то более теплой, то начинает хуже сохранять тепло. Все зависит от того, как ее носят. Если мороз крепчает, птица взъерошит перышки, зверь распушит мех, им становится теплее. При этом число волос и перьев остается, конечно, прежним, но зато в пустотах между ними резко увеличивается количество воздуха, а он, как мы видели, обладает наиболее выраженными теплоизолирующими свойствами.

Кукша, ближайшая родственница сойки, обитающая в таежных лесах от Сахалина на востоке до Скандинавии на западе, умудряется нахохлиться даже во время полета. Это позволяет ей легко переносить самые жестокие холода.

Когда животным становится жарко, перышки, пух или волосы плотно прижимаются к телу. Одежда становится значительно тоньше, и ее теплоизолирующие свойства снижаются.

 

БОСОНОЖКИ ИЛИ ВАЛЕНКИ?

В комплект зимней одежды, кроме шуб и малахаев, обязательно входит теплая обувь и рукавицы. В босоножках, как известно, на морозе долго не продержишься, да и рукавички зимой не помешают. Звери и птицы утепляются кто как может. Подошва на их лапах из толстой кожи. Она значительно снижает теплопотери. К зиме шерсть и перья, покрывающие конечности, становятся особенно густыми. Интересно, что они растут не только на пальцах, но и между ними, да так густо, что снизу прикрывают подушечки лап. Получаются настоящие теплые валенки. Такой обувью к зиме обзаводятся многие животные.

Зоологи утверждают, что она выполняет несколько функций. Например, предохраняет лапы наших северных лис от порезов об острые льдинки. Но это ни о чем не говорит. Подобное предназначение имеет и наша обувь. Однако при конструировании зимних сапог необходимость надежной термоизоляции ставится во главу угла. То же самое относится к птицам. Зимой перья на лапах белых куропаток растут так густо, что пальцы трудно обнаружить.

Теплая зимняя обувь — закономерное явление. Удивляет другое, что некоторые звери и птицы к зиме не заводят себе ничего теплого. Приглядитесь к голубям, в чем они шлепают зимою по снегу. А воробьи, синицы, снегири? Можно считать, что босиком. Конечно, кожа на лапах значительно толще, чем на других частях тела, да к тому же покрыта чешуйками, по от холода спасти не может. Как же удается так легкомысленно одетым птицам благополучно переносить суровые зимы?

Голые ноги птиц создают по меньшей мере три серьезных проблемы: лапы не должны отмерзнуть, они обязаны в полной мере выполнять свои функции и, наконец, не стать причиной для резкого охлаждения всего организма. Нужно сказать, что природа успешно справилась со всеми этими затруднениями.

Зимой в морозы температура лап значительно ниже, чем остального тела. Но это не приводит к заметному снижению их работоспособности. Это объясняется самой конструкцией конечностей. Приглядитесь к куриным лапам. На голых частях лап мышцы практически отсутствуют. Все они расположены выше, сюда, вниз, спускаются лишь сухожилия, простые механические тяги, от которых требуется лишь прочность, эластичность и достаточно скользкая поверхность, чтобы уменьшить трение. А на ту часть ноги, где находятся мышцы, у птиц надеты теплые штанишки из пуха и перьев.

Охлаждение конечностей нарушает функцию нервов. Если температура нервных волокон упадет до 15 градусов, проведение по ним нервных импульсов может полностью прекратиться, что вызовет нарушение подвижности, так как, не получив необходимых команд, мышцы работать не будут. Птицам и северным млекопитающим такая беда грозит меньше, чем их южным родственникам. Периферическая нервная система северян способна работать при очень низких температурах. У хомячков большой берцовый нерв продолжает выполнять свою функцию даже при снижении температуры лап до 3,5 градуса.

Такими свойствами обладают не все нервы. Даже разные участки одного и того же нервного волокна значительно отличаются друг от друга по устойчивости к охлаждению. У птиц на участке нерва, проходящем по голени, проведение импульсов прекращается уже при снижении температуры до 12–15, а в его плюсневой части лишь при 3–4 градусах.

Хотя у некоторых северных птиц лапы одеты до безобразия легкомысленно, они в морозы не обмораживаются. Правда, для этого пернатым приходится вырабатывать много тепла. Важно отметить, что опасность отморозить ноги грозит птицам лишь в период активности. Во время отдыха птицы за редким исключением прячут их в свое оперение, создавая тем самым вполне сносные температурные условия.

Наконец, самая важная, глобальная проблема птиц — общее охлаждение. Горячая кровь с температурой порядка 41–42 градусов, поступая в птичьи лапы, должна здесь остывать и, возвращаясь обратно резко охлажденной, могла бы в считанные минуты вызвать общее охлаждение тела, а затем и гибель птицы. Этого не происходит благодаря удивительным приспособлениям — противоточным теплообменникам. Конструктивный принцип этих устройств тот же, что и в современных системах принудительной вентиляции.

Крупные концертные залы необходимо усиленно проветривать. Зимой огромные количества свежего холодного воздуха, чтобы не заморозить зрителей, приходится согревать до комнатной температуры. Раньше на это тратили немало энергии. Современные системы вентиляции обходятся дешевле, так как они позволяют использовать тепло отработанного воздуха.

Устройство теплообменников несложно. Наружный холодный воздух из общего коллектора поступает во множество труб малого диаметра. Они проходят внутри канала, по которому течет теплый отработанный воздух. К концу пути свежий воздух, отобрав тепло отработанного воздуха, хорошо согревается, а изгоняемые из помещения газы охлаждаются до уровня наружной температуры.

В живых теплообменниках использован тот же принцип, только они работают значительно эффективнее. Вены, по которым охлажденная в лапах кровь возвращается в сердце, делятся на множество веточек и своеобразным футляром оплетают веточки артерий, снабжающих ноги теплой кровью. Контакт между венами и артериями здесь такой полный, что венозная кровь, забирая у текущей ей навстречу артериальной все ее тепло, нагревается до 39–40 градусов и, следовательно, не охлаждает тела птицы, когда попадает в сердце.

Теплообменники работают настолько совершенно, что пока температура наружного воздуха не опустится ниже нуля, потеря тепла через «голые» ноги составляет у птиц не более 1,5 процента от всех ее теплопотерь. В морозы они, конечно, возрастают, так как голые конечности приходится слегка согревать.

Обитатели тропического леса тоже пользуются теплообменниками. В первую очередь они необходимы медлительным существам, по многу часов подряд сохраняющим неподвижность, так как их лапы покрыты относительно короткой и не очень густой шерстью. У ленивцев особенно хорошо защищены теплообменниками передние лапы. Большую часть жизни звери проводят в подвешенном состоянии спиной вниз, и не будь этого устройства, их лапы-крючья стали бы терять много тепла.

У лемура, медленного толстого лори, теплообменники лучше развиты в задних конечностях. Животные чаще всего подвешиваются к ветвям с помощью задних ног, а передние используют, чтобы срывать фрукты, ловить птиц и насекомых. Пойманную добычу они неторопливо съедают, не меняя своей экзотической позы.

Еще один путь потери тепла — работа органов дыхания. Холодный воздух по дороге в легкие согревается в дыхательных путях, иначе он вызвал бы охлаждение глубинных районов тела, а затем и всего организма. Это происходит в теплообменниках. Они размещаются в носу. В принципе чем нос длиннее, тем более крупный и совершенный обменник может здесь поместиться.

Носовые ходы, через которые в организм поступает наружный воздух, у большинства млекопитающих перегорожены неполными перегородками, отходящими от боковых стенок. В результате начальный участок дыхательных путей имеет вид сообщающихся между собой полостей, благодаря чему воздушные потоки несколько раз меняют направление и перемешиваются. Стенки этих полостей выстланы слизистой оболочкой, снабженной многочисленными сальными железками.

Непосредственно под тонким эпителием оболочки лежат обширные сосудистые сплетения. Кровь в этих сплетениях движется неторопливо и успевает отдать часть своего тепла вдыхаемому воздуху, в результате чего его температура поднимается почти до температуры тела. Трудно поверить, но у мелких животных воздух за каждые 2 миллиметра пройденного пути успевает нагреться на 1–1,2 градуса! В конце дыхательного цикла отработанный воздух выводится из организма тем же путем и по дороге возвращает заимствованное у крови тепло тому же сосудистому сплетению. Поэтому потери тепла совсем невелики.

 

ГОЛЬ НА ВЫДУМКИ ХИТРА

Солнечные лучи несут на Землю много энергии. Пик солнечной радиации падает на видимую часть спектра. Кроме того, солнечные лучи содержат невидимые для человеческого глаза более короткие волны ультрафиолетового диапазона, оказывающие на все живое глубокое специфическое влияние. Их роль в жизни природы — особая тема, и здесь мы ее касаться не будем.

Для терморегуляции гораздо существеннее длинноволновая часть солнечного излучения — инфракрасные, или тепловые лучи. Для них, как и для видимой части солнечного спектра, воздушная атмосфера прозрачна, но зрительные рецепторы эти лучи не воспринимают. Зато мы прекрасно ощущаем их с помощью тепловых кожных рецепторов.

Солнечные лучи, в том числе тепловые, падая на какую-то поверхность, могут быть поглощены ею или от нее отразиться. Одни предметы поглощают все или почти все падающие на них лучи. Такое тело условно называют «черным». Реже встречаются объекты, способные отразить все достигающие их лучи. В обиходе поверхность, хорошо отражающую электромагнитные волны светового диапазона, принято называть зеркалом.

Живые существа нечасто обладают свойствами, делающими их абсолютно «черными» телами, во всяком случае, в отношении видимой части солнечного спектра. Еще реже они наделены достоинствами идеального зеркала. Для инфракрасных лучей и кожа, и мех, и перья любого цвета являются «черными» телами и поглощают тепловые лучи если не полностью, то, во всяком случае, на 98 процентов.

Способность поглощать световые лучи очень важна для холоднокровных животных. Она помогает им быстро согреваться, с максимальной полнотой используя энергию солнечных лучей. Их теплом регулярно пользуются насекомые и рептилии, умеющие очень точно регулировать количество получаемой энергии.

Утром, когда тропическое солнце поднимется над островом Маврикий и упрется своими лучами в стволы деревьев, растущих по окраинам лесных полян и по обочинам дорог, на их шероховатой коре, широко раскинув лапки, распластываются изумрудно-зеленые с вишневыми крапинками дневные гекконы. Прелестные ящерицы всем своим маленьким телом «впитывают» солнечные лучи. Но пройдет немного времени, гекконы согреются и уберут под себя лапки, чтобы сократить освещаемую солнцем поверхность и замедлить дальнейшее повышение температуры тела. Еще несколько минут, и ящерицы с освещенной солнцем стороны ствола переползают на его боковую поверхность, по которой лучи лишь скользят. Но и здесь задерживаются недолго. Их температура достигла необходимых кондиций, и, чтобы избежать перегрева, животные уходят в тень.

Для бабочек теплоприемниками служат крылья. Утром, выбравшись на освещенную поверхность, перламутровка расправляет крылья и садится так, чтобы солнечные лучи падали на них строго перпендикулярно. Такую позу бабочка сохраняет, пока не нагреется до 35 градусов, и тогда начинает экспериментировать, двигая крыльями и ставя их под различными углами к солнцу, пока не найдет такого положения, при котором дальнейшее нагревание прекратится. По мере того, как солнце у нас на Севере поднимается все выше, ей приходится несколько раз менять позу. Наконец она складывает крылья и держит их ребром к солнцу, максимально сокращая размеры поверхности, согреваемой прямыми солнечными лучами, а если становится совсем жарко, перелетает в тень.

Вполне понятно, что животные пользуются не только непосредственной энергией солнечных лучей. В начале лета, пока погода на Севере неустойчива, живородящая и прыткая ящерицы покидают свои укрытия лишь в солнечную погоду, да и то не раньше 10–11 часов утра, когда воздух становится достаточно теплым. Чтобы согреться, они ищут не просто освещенную солнцем поверхность, а выбирают уже прогретое место. Здесь, прижавшись брюхом к теплому субстрату и подставив спину солнечным лучам, они согреваются быстрее. Даже в прохладную погоду ящерицы за 20–25 минут умудряются поднять температуру тела до 33–37 градусов.

Накопив достаточно тепла, животные уходят в тень. А вечером, когда снова становится прохладно, ящериц можно встретить лишь на крупных пнях, камнях и стволах деревьев, хорошо нагретых за день и еще не успевших отдать накопленное тепло. Эти аккумуляторы тепловой энергии предохраняют животных от охлаждения. В холодную погоду пауки располагают свои тенета над самой землей, а когда устанавливается тепло, вешают их значительно выше, где не так сказывается жар нагретой за день почвы и обдувает ветерок.

Животные, если им нужно извлечь из солнечных лучей больше энергии, должны быть «смуглыми». Однако в светлое время дня им нельзя много времени проводить на солнце. В темной «рубашке» можно перегреться, погибнуть от теплового удара. Чтобы этого не случилось, некоторые животные научились «переодеваться» и облачаются в одежду, соответствующую погоде: в жару носят светлые костюмы, а когда похолодает, надевают темные. Благодаря этому квакши, хамелеоны, южноамериканские игуаны, палочники и другие насекомые поддерживают температуру своего тела на оптимальном уровне.

Источники тепла можно найти везде. Некоторые виды лягушек проникли за полярный круг и не чувствуют себя здесь временными жильцами, хотя боятся самых незначительных морозов. Поэтому осенью амфибиям приходится загодя подыскивать зимние квартиры. Чаще всего это не промерзающие до дна водоемы. Зарывшись в ил или забившись под коряги и камни, проводят северные амфибии долгую и холодную зиму. Не слишком тепло, но жить можно. Морозов под водой не бывает. Температура воды всегда остается выше нуля.

Их южные родственники тоже постоянно пользуются теплом то воды, то почвы, то непосредственно солнца. Изнеженная квакша, трескучий, сверчок, постоянно меняет резиденции. День она проводит на деревьях, греясь на солнце, с наступлением темноты перебирается к водоемам на прогретые за день пляжи, а когда песок остынет, принимает теплые ванны. Нырнет в водоем, согреется и снова вылезет на берег. Ночь для трескучих сверчков время обеда, а ловить добычу в воде они не умеют.

Водяным отоплением пользуются в своих жилищах и белее крупные звери, Бобры, перегородив плотинами лесные ручьи и речки, строят на образовавшихся озерках большие надежные хатки, вход в которые открывается под водою. Похожие «хижины» сооружают ондатры или роют в береговых откосах норы. Близость воды не позволяет температуре в их жилищах опускаться слишком низко. Это особенно важно именно для ондатры — широко акклиматизированного в нашей стране американского зверька, который у себя на родине не сталкивается с особенно сильными морозами. Ее зимняя шубка мало отличается от летней. Она повышает теплоизоляцию животного всего на 14 процентов. В некоторых местах, куда проникла ондатра и где по всем признакам чувствует себя совеем неплохо, нередки морозы до –40 градусов. Там для зимних прогулок нужна более теплая одежда. В сильные холода покидать жилище для ондатры опасно. Даже в более слабый мороз до –10–15 градусов этот зверек может продержаться лишь несколько часов.

Греются у воды даже типично сухопутные птицы, чья жизнь не связана с водоемами. Мудрые вороны, если поблизости есть озера с теплыми ключами или быстрые реки, все свободное от кормежки время проводят, рассевшись по краю полыньи. При этом птицы не забывают предварительно определить направление ветра и занимают подветренную сторону, так что воздух, чуть подогретый открытой водой, сносится в их сторону.

Многие птицы и звери широко пользуются теплом горячих источников. В их числе японские макаки. Эти северяне, не в пример своим южным родственникам, носят шубки из густого и, видимо, теплого меха и такие же меховые шапки, закрывающие не только голову, но и уши. Из густого меха выглядывает лишь обезьянья мордочка. Со стороны может показаться, что это не природная униформа, а действительно надетый на тело животного меховой комбинезон с капюшоном, немного свободноватый, сшитый на вырост.

Живут макаки в горных лесах острова Хонсю. Питаются, как и все обезьяны, листьями, молодыми побегами и плодами многих растений. Не пренебрегают и корою. Большим подспорьем в их питании служат нежные водные растения и различные беспозвоночные. Обезьяны не избегают воды, умеют плавать и даже нырять. Так что добывать корм из воды для них не проблема.

Хонсю не тропический остров. Зимою здесь нередки морозы ниже –5 градусов и выпадают глубокие снега. Для обезьян это не трагедия. Они прекрасно приспособились к передвижению по заснеженной целине и умеют выкапывать из-под снега корм. Пережить холода помогает масса горячих источников, возле которых создается более подходящий микроклимат. Чтобы согреться, макаки принимают горячую ванну. Они по многу часов проводят в воде, нежась в ее теплых струях. На фоне глубоких сугробов, покрывающих берега ручьев, маленькие «человечки», забравшиеся в воду прямо в теплых шубках, выглядят довольно странно.

 

У ЧУЖОЙ ПЕЧКИ

Когда животные живут сообществами или семьями, они в холодную погоду могут собираться вместе и обогревать друг друга. Пищухи, как и другие северные птицы, зимой ночуют тесными группами, забившись в чащу густых хвойных ветвей. Это позволяет экономить много энергии. Лесные сони на зиму забираются в теплое дупло или в сухую нору и впадают в зимнюю спячку, которая у нас на Севере может продолжаться семь месяцев. Обычно этот период зверьки коротают небольшими компаниями. Для тесно прижавшихся друг к другу пушистых комочков не так страшны морозы.

Скучивание позволяет резко сократить общую площадь тела, непосредственно соприкасающуюся с наружным воздухом, и во много раз уменьшить теплопотери. Это особенно важно для детенышей и птенцов, которых родители надолго оставляют одних, отправляясь на поиски корма. Самки некоторых сов откладывают яйца с большими интервалами. В результате в одном гнезде можно увидеть и совсем маленького птенчика, одетого в пуховый наряд, который, однако, не спасает его от холода, и уже хорошо оперенных, неплохо утеплившихся старших братьев или сестер. В такой компании малыш не замерзнет.

Обычно родители обогревают своих детей, служат им печкой. Тетерка, низко опуская крылья и прикрывая ими своих малышей, создает им более теплый микроклимат. Белка в холодную погоду прикрывает своим телом бельчат, не давая им замерзнуть. Детеныши приматов (лемуров, низших и высших обезьян) первые месяцы жизни проводят на теле своей матери, крепко уцепившись за ее шерсть. Здесь тепло, уютно и безопасно. Еще один пример — насиживание яиц, обогревание их родителями. Без притока тепла извне развитие яиц невозможно.

Теплокровные животные породили тепловой паразитизм, или тепловое нахлебничество. Использование живых организмов как удобных источников тепла широко распространено в природе. Некогда на бескрайних просторах североамериканских прерий странствовали тысячные стада бизонов. Их сопровождали небольшие, чуть крупнее воробья, насекомоядные птицы, освобождая гигантов от многочисленных паразитов, живущих в их густой шерсти. За симбиотические отношения с крупными копытными эти пернатые получили название воловьих птиц. Зимой в холодные ветреные ночи бизоньи дезинсекторы проделывали норки в густой шерсти своих четвероногих подопечных и обогревались их теплом.

Для птиц сожительство с бизонами блестящая находка: сытно, тепло и безопасно. Кто рискнет напасть на такого покровителя? А для копытных тоже прямая выгода — освобождение от паразитов. Интересно, что воловьи птицы, видимо, привыкнув к постоянному тепловому паразитизму, разучились делиться теплом даже с собственными детьми. Они, как наши кукушки, не вьют гнезд и не высиживают птенцов, а подкладывают яйца в гнезда других птиц.

Не следует думать, что пользоваться биологическим теплом способны только мелкие животные, заимствующие его у своих более крупных соседей. Нередко бывает и наоборот, но для этого необходимо, чтобы крохотных производителей тепла было очень много. У тепловых паразитов наибольшей популярностью пользуются гнилостные бактерии. Мы сами прибегаем к их помощи, набивая парники биологическим топливом.

Жизнь большеногих, или, как их еще называют, сорных, кур, обитающих в лесах Южной Австралии, на Новой Гвинее и ближайших тропических островах, покрытых буйной растительностью, целиком зависит от гнилостных бактерий. Нельзя сказать, что они облегчают жизнь птиц, зато избавляют их от однообразия длительного насиживания, а заодно и от приятных, хотя и обременительных, хлопот по уходу за собственными детьми.

Как известно, сорные куры гнезд не вьют. Вместо этого самцы, взявшие на себя все заботы о снесенных яйцах, научились пользоваться услугами наемных истопников. Не в пример нашим домашним безмозглым курам, они оказались башковитыми ребятами и, можно сказать, свершили настоящую техническую революцию, овладев строительством инкубаторов и полностью отстранив несушек от обязанности высиживать цыплят.

Большую часть жизни мужская половина удивительных птиц занята своим грандиозным инкубатором. Им служит огромная куча гниющего мусора, сложенная где-нибудь на лесной прогалине. Трудно поверить, что его соорудила не очень крупная птица. Работая от зари до зари, будущий отец из листьев, веток и земли воздвигает громадный холм до 15 метров в диаметре и до 4–6 метров в высоту. По масштабам птицы — это египетская пирамида.

Мокрые листья под слоем земли гниют и так нагревают инкубатор, что большеногам время от времени приходится разрывать вершину, предотвращая перегревание, иначе из яиц вместо цыплят могла бы получиться яичница.

Самки никакого участия в сооружении инкубатора не принимают. Они навещают поглощенного заботами самца только для того, чтобы отложить очередное яйцо. В ожидании самки хозяин инкубатора роет недалеко от вершины холма длинную глубокую нору. У ее входа самка откладывает яйцо, а дальше оно скатывается само. Когда в положенный срок, через два с лишним месяца, из яйца вылупится птенец, никто не помогает ему выбраться на поверхность. Малыш сам за 15–20 часов напряженного труда прокапывает ход до метра в длину. Осторожно осмотревшись по сторонам, выбирается он из кучи и, кубарем скатившись к подножию инкубатора, спешит спрятаться в ближайшей чаще.

Делиться теплом принято даже у тех существ, которые сами не умеют его вырабатывать. Они выполняют роль «носильщиков». Самка королевского питона, точно так же, как уже упоминавшегося тигрового, охраняет и обогревает свои яйца. Однако особо комфортных условий создать не в состоянии. Размеры этой змеи значительно меньше, чем большинства других питонов. Естественно, что выработка тепла у нее происходит в меньших масштабах, а размеры его потерь так велики, что самка даже не борется за увеличение теплопроизводства и понапрасну не вздрагивает.

Скудность собственной теплопродукции самка пытается компенсировать за счет солнца. В отличие от тигровых и сетчатых питонов, которые никогда не покидают свое потомство, королевские регулярно выползают из укромных мест, где находятся их яйца, чтобы погреться на солнце. Когда температура змеи достигнет предельно допустимого уровня, мать поспешно возвращается назад и отдает яйцам накопленное тепло. Мы уже знаем, насколько велика теплоемкость тканей живых организмов. Сделанных самкой запасов тепла хватает надолго. Ей не приходится беспрерывно сновать туда-сюда, перенося его мелкими порциями.

Подобные способы транспортировки тепла можно наблюдать и у других существ. Весной на Севере, когда под пологом леса еще много снега, а температура воздуха лишь в солнечный полдень поднимается на несколько градусов выше нуля, одними из первых среди насекомых пробуждаются от зимней спячки муравьи. Трудно сказать, как они узнают, что наконец наступила долгожданная весна, но непременно об этом дознаются и в солнечную погоду выползают на купол муравейника позагорать и погреться на солнце.

В это время года неутомимые труженики еще не заняты обычными текущими работами. Приступить к ним они пока не в состоянии. На куполе муравейника никакой обычной суеты. Сейчас здесь настоящий пляж, где десятки муравьишек, раскинув лапки и прижавшись к теплой крыше своего дома, нежатся на солнце.

Однако жизнь здесь не замерла совсем. Если немного задержаться, можно подглядеть, как то один, то другой муравей, расправив затекшие члены, начинает осторожно пробираться среди неподвижно лежащих тел и исчезает «за дверью» ближайшего входа в дом. Навстречу из глубины подземелья так же неторопливо выползают их товарищи и, найдя свободное местечко, плюхаются рядом с другими муравьями, чтобы урвать свою долю тепла. Это не неженки, не лежебоки. Среди рабочих муравьев лодыри — большая редкость. Здесь на куполе собрались муравьи-теплоноши.

Достаточно согревшись, они спускаются в нижние этажи своего дома, чтобы отогреть накопленным теплом подземные галереи. Не много тепла способен перенести отдельный муравей, но семьи у них большие, и в многоэтажном муравьином доме становится теплее значительно раньше, чем его стены прогреет весеннее солнце. Согретая принесенные теплом, начинает откладывать яйца затворница-царица, а маленьким труженикам, у которых кончились зимние каникулы, не приходится по утрам перед началом рабочей смены тратить много времени на то, чтобы согреться. Даже в пасмурную погоду они теперь без излишних проволочек начинают свой трудовой день.

 

ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Давно утвердилось мнение, что жара экваториальных районов планеты, тем более прямые солнечные лучи, совершенно не переносимы для европейцев. Англичане, колонизировавшие в прошлом веке огромные территории, лежащие между тропиками Рака и Козерога, были твердо убеждены, что без защитного пробкового шлема находиться днем на открытом воздухе ни в коем случае нельзя. Между тем огромное количество животных сумело приспособиться к условиям тропиков и, видимо, чувствует себя в этих краях неплохо.

Может показаться, что с жарой бороться легче, чем с холодом: снизил до минимума жар в «печах» своего организма, и температура тела упала. Безусловно, этот путь используют все четвероногие и пернатые обитатели лесов, но он недостаточно эффективен, так как уменьшить интенсивность обычного метаболизма покоя можно совсем ненамного, лишь до определенного уровня, ниже которого жизнь невозможна. Так что этим способом серьезно сократить производство тепла не удается.

В особенно трудном положении находятся крупные животные. В их теле вырабатывается слишком много тепла, главным образом в постоянно работающих органах. Низкая теплопроводность тканей не позволяет оперативно избавляться от его излишков. Чтобы не довести «ядро» своего тела до кипения, организму приходится форсировать вынос тепла на поверхность. Эта задача возложена на кровеносную систему. Кровоток — легко регулируемый процесс. В жару, когда возникает опасность перегревания, артерии, выносящие кровь на периферию, и кожные сосуды расширяются, сюда начинает поступать гораздо больше крови, которая частично отдает здесь свое тепло во внешнюю среду, а вернувшись в глубинные районы организма, отбирает там на свое нагревание немало калорий.

Чтобы оперативно избавиться от излишков тепла, животным приходится пользоваться форточками: голыми ногами и другими незащищенными мехом и перьями местами тела. Тут годится все: и петушиный гребень, и хорошо снабжаемые кровью рога антилопы. Значительное увеличение объема крови, проходящей по обнаженным участкам, увеличивает теплоотдачу в 5–6 раз.

Сосудистые реакции обязательно затрагивают теплообменники, если они есть у животного. В жару вены в теплообменниках сжимаются, и они перестают выполнять свою функцию. Кровь, поступающая к обнаженным частям тела, возвращается теперь через венозные сплетения кожи и по дороге отдает вовне много тепла.

Сосудистые реакции — первый ответ организма на перегревание. Если они не дали ожидаемого эффекта и температура тела продолжает повышаться, включается аварийная система, работа которой направлена на резкое увеличение испарения воды.

На испарение грамма воды, доведенной до точки кипения, то есть нагретой до 100 градусов, требуется 539, а при 35, обычной температуре кожи человека и теплокровных животных, — 580 калорий. Это очень много! Вот почему с помощью испарения удается поддерживать температуру тела ниже температуры окружающей среды. Правда, для этого необходим целый ряд условий, и главные из них — доступность воды и низкая насыщенность воздуха влагой.

Существует несколько способов резко усиливать испарение. Человек и некоторые млекопитающие, когда им жарко, потеют. Потовые железы есть у большинства млекопитающих. Только у грызунов и зайцев они отсутствуют. Однако далеко не все пользуются этим механизмом. Потеть нужно квалифицированно, а это не каждый умеет делать.

Обычно потовые железы открываются в волосяные фоликулы или в непосредственной близости у них. У человека и других приматов они меньше связаны с волосами. У нас их 2–4 миллиона, по 150–350 на 1 квадратном сантиметре поверхности тела. На человеческой коже нет участков, свободных от потовых желез, что обеспечивает участие в испарении всей поверхности тела и делает механизм охлаждения весьма эффективным. Интенсивность потоотделения резко возрастает, когда температура кожи повышается до 30–32 градусов и при дальнейшем ее подъеме на каждый градус продолжает усиливаться примерно на 20 граммов в час. Благодаря эффективности потоотделения мы способны переносить длительное повышение температуры окружающей среды до 49,3 градуса. Человек — выходец из тропиков и приспособлен к жаре лучше многих животных, даже своих ближайших родственников. У крупных обезьян бабуинов при повышении температуры воздуха всего до 45 градусов температура тела возрастает до 40,6 градуса.

Секреция пота у лисиц, волков, других собак и у диких свиней происходит непрерывно, но на поверхность кожи он вытекает только в момент сокращения специальных клеток, то есть циклически. Частота циклов потоотделения и количество выделяемой при этом жидкости никак не связаны ни с наружной температурой, ни с температурой тела, а потому не могут обеспечить надежной терморегуляции. Однако несмотря на цикличность, потоотделение спасает антилоп от теплового удара. Интересно, что у некоторых из них пот выделяется синхронно сразу во всех частях тела и с достаточно большой частотой — 1–2 раза в секунду!

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?

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.

Одновременно с падением температуры тела резко уменьшается число дыхательных движений. Сердце сокращается в 20–50 раз реже и при каждом сокращении выбрасывает в кровеносную сеть меньше крови, чем в состоянии бодрости. В результате минутный объем крови сокращается в 60–76 раз.

Экономная жизнь позволяет животным время от времени пользоваться такой дорогостоящей процедурой, как разогрев своего тела. Одни «размораживаются» каждые 8–11 дней, другие, по-видимому, не придерживаются определенного порядка. Зачем это делается, пока неизвестно. Может быть, в периоды кратковременного бодрствования происходит проверка работоспособности всех систем организма и их профилактический ремонт. А может быть, причина в том, что у животных нет будильника, способного разбудить их в нужный момент. Да и погодные условия год от года сильно разнятся. Вот и приходится контролировать обстановку, периодически просыпаясь, чтобы проверить, не наступила ли уже весна.

В период спячки организм бывшего теплокровного животного функционирует в совершенно необычных для него условиях. При столь глубоком охлаждении мышцы, нервные клетки и нервные волокна теплокровных обычно полностью прекращают свою деятельность. А у зимоспящих животных продолжаются сокращения сердечной и дыхательных мышц, нервные волокна передают команды к работающим органам, и, что особенно важно, продолжают функционировать нервные клетки промежуточного мозга, осуществляющие необходимое руководство жизнедеятельностью организма и интеграцией его функций.

Это объясняется специальной подготовкой организма к условиям гипотермии, перестройкой оболочек нервных клеток и нервных волокон. В мембранах, построенных из двух слоев молекул жироподобных веществ, тугоплавкие липиды, загустевающие при низких температурах, заменяются более легкоплавкими и жидкими. Аналогичные перестройки происходят и в эндокринных органах.

Выход из зимней спячки и разогрев организма происходит за счет форсированного производства тепла в мышцах и усиленного использования бурого жира. Он окисляется так интенсивно, что самым теплым местом организма сразу же становятся скопления жировой ткани. Для пробуждающегося животного важно в первую очередь привести в рабочее состояние сердце и мозг. Поэтому сначала кровообращение восстанавливается лишь в грудном отделе тела и в голове. Сосуды, несущие кровь к задней части тела и к конечностям, сжимаются. Когда сердце наберет силу и будет в состоянии обеспечивать быстро растущие потребности организма, тепло начинает распространяться более равномерно.

Температура тела может иногда повышаться со скоростью 1 градус в минуту, то есть значительно быстрее, чем ее предшествующее падение. Обычно летучая мышь уже через 15 минут способна к полету. Животным бывает достаточно 1–2 часов, чтобы все функции организма привести в норму.

Зимняя спячка — приспособление, позволяющее выживать в суровых климатических условиях. Это не обязательно холод. Такой же эффект вызывает жара, отсутствие воды и, конечно, пищи. Именно в невозможности восполнять энергетические затраты на текущую жизнедеятельность — главная причина появления зимней спячки. Однако сигналом к ней обычно является не само ухудшение питания и тем более не падение температуры среды, а особенности изменения светового режима, продолжительности дня и ночи. Это позволяет заблаговременно подготовиться к длительной консервации и приступить к ней задолго до наступления тяжелых времен.