Размеры животных: почему они так важны? - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Относительное постоянство размеров эритроцитов мы рассматривали в гл. 10. Диаметр капилляров очень вариабелен, от нуля до диаметра, обеспечивающего прохождение эритроцита. Таким образом, функционально максимальный диаметр капилляров можно назвать переменной, не изменяющейся с размерами. Поскольку потребление кислорода единицей объема ткани связано с размерами тела обратной зависимостью, в активно функционирующих тканях у мелких животных обнаруживаются компенсаторные изменения в виде большей плотности капилляров (т. е. более короткого расстояния диффузии между капилляром и потребляющими кислород клетками). Как уже говорилось выше, расстояние, на которое происходит диффузия в мышцах (единственной ткани, изученной с точки зрения влияний масштаба), не изменяется с размерами тела так регулярно, как этого можно было бы ожидать.
Не следует думать, что давление крови, которое также представляет собой физиологическую переменную, не зависящую от изменения размеров, связано только с кровообращением. Роль крови как гидравлической жидкости очень важна, поскольку она обеспечивает силу для ультрафильтрации, необходимую для обмена жидкостей и растворов через стенки капилляров, и в особенности для ультра фильтрации в почечных клубочках. Отметим тут же, что, видимо, размеры молекул белков плазмы и их концентрация не изменяются при изменении размеров, и, следовательно, стенка капилляра как устройство для ультрафильтрации должна иметь одинаковые свойства независимо от размеров тела. Возможно, что постоянство размеров на уровне капилляров прямо связано с этим обстоятельством.
Вязкость крови — это еще одна не изменяющаяся с размерами физиологическая переменная. Трудно было бы ожидать, что вязкость будет закономерно меняться при изменении размеров тела. Относительная вязкость крови (отношение ее вязкости к вязкости воды как к единице), измеренная в миллиметровых трубках, равна примерно 4—5. Частично вязкость определяется наличием белков плазмы (сама плазма имеет относительную вязкость, равную 1,7), однако главным образом вязкость обус-.ловлена наличием эритроцитов. Как говорилось выше, у млекопитающих нормальный гематокрит равен примерно 35—45 и не зависит от размеров. Эта величина представляет собой приспособление для максимального транспорта кислорода при минимуме работы, необходимой для перекачивания. Трудно было
бы ожидать, что при постоянной концентрации белков плазмы и оптимальной концентрации гемоглобина вязкость будет закономерно изменяться при изменении размеров тела.
Подводя итог, скажем, что независимость от размеров тела некоторых характеристик, таких, как давление крови, ее вязкость и концентрация гемоглобина, понятна. Удивительным представляется то, что размеры эритроцитов и диаметр капилляров в пределах каждого из классов позвоночных не зависят от размеров тела.
12. Значение времени
Для мелких животных характерен более быстрый темп жизни, чем для крупных; они быстрее дышат, их сердце бьется чаще, они быстрее двигают ногами — все у них происходит быстрее. Имеет ли наше измеряемое часами время одинаковое физиологическое значение для крупного и для мелкого животного?
Сердце землеройки бьется с частотой 1000 ударов в минуту, а у слона, может быть, всего лишь 30 ударов. 1000 ударов сердца слона занимают около получаса, а у землеройки то же число ударов происходит за 1 мин. То же самое относится и к другим физиологическим функциям. Землеройка живет стремительнее, чем слон, и единица времени по часам для этих животных имеет разное значение. Очевидно, что физиологическое время — это относительное понятие и временная шкала животного определяется его размерами.
Время и частота: как часто бьется сердце?
Поскольку меньшее по размерам сердце сокращается чаще, продолжительность каждого его сокращения короче. Частота и время сокращения связаны обратной зависимостью, т. е. частота представляет собой величину, обратную времени. И наоборот, время — величина, обратная частоте:
Частота = -о4—.
Время
Эмпирическое уравнение для частоты сердечных сокращений (fc) в зависимости от массы тела (Мт, кг) традиционно дается в ударах в минуту (Stahl, 1967):
fc= 24ШТ-0*28.
Время, необходимое для каждого удара (tc, мин), или длительность одного удара, тогда будет равна
t =------!____
с 24Шт-°.«'
Пересчет U на секунды дает коэффициент пропорциональности 0,249, и уравнение будет выглядеть как:
*с = 0,249Л1т0’аб.
Для единицы массы тела Л1Т= 1 кг длительность удара сердца будет составлять 0,249 с, т. е. примерно 1U секунды. Это составит 4 удара сердца в 1 с или 240 в 1 мин.
Одна из физиологических частот, для которой существует много данных, — это частота дыхания у млекопитающих. По Сталю (Stahl, 1967) частота дыхания у млекопитающих равна
/ _ко км -о>2®
вдыхания — u0,0/riT .
Обратное уравнение дает длительность каждого дыхательного движения К мин) в соответствии с выражением
