Размеры животных: почему они так важны? - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Еще один возможный путь увеличения количества кислорода, которое переносит кровь, — это увеличение кислородной емкости крови, т. е. повышение содержания гемоглобина. И землеройки, и колибри достигли в этом отношении предела: у них содержание гемоглобина в крови выше, чем у всех остальных животных. Однако у этого пути решения проблемы есть строгое ограничение, поскольку увеличение числа эритроцитов в кровяном русле (увеличение гематокрита) чрезмерно повышает вязкость крови.
Параметры, связанные с ограничениями, о которых шла речь (время сокращения сердца, размеры сердца, вязкость крови), у землероек и колибри, очевидно, отодвинуты настолько далеко, насколько это представляется возможным физиологически. У насекомых способ обеспечения кислородом совсем нной, и это> позволяет таким функционально теплокровным животным иметь значительно меньшие размеры тела, чем самые маленькие иЧ известных нам птиц и млекопитающих.
Хотя и колибри, и крупные ночные бабочки питаются нектаром, между ними есть заметное различие в снабжении горючим высокоактивных летательных мышц. Кровь насекомых не пере-
восит кислорода, однако она должна транспортировать горючее к органам, производящим тепло. Возможно, этим объясняется то, что в крови насекомых концентрация углеводов значительно выше, чем у птиц и млекопитающих. У млекопитающих содержание глюкозы в крови составляет около 1 г на 1 л, а у многих насекомых, в особенности у очень активно летающих, содержание сахара в крови часто в 10—20 раз выше. Этого достаточно, чтобы обеспечить горючим ткани без увеличения скорости кровообращения.
В заключение мы можем с определенностью сказать, что минимальный размер птиц и млекопитающих определяется не тем, насколько маленьким может быть животное и при этом сохранять тепло. Видимо, непосредственное ограничение кроется в устройстве системы снабжения кислородом и в возможностях сердца как насоса.
17. Некоторые важные концепции
Предыдущие главы этой книги были посвящены структурам и функциям и тому, как они связаны с размерами тела. Мы рассмотрели кости и мышцы, энергетический метаболизм и снабжение кислородом, почему для мыши и слона время имеет разное значение и т. д. Мы рассмотрели перемещение животных (бег, прыжки, плавание и полет) и влияние размеров тела на энергетическую цену локомоции. Это важно, поскольку реальные животные не сидят на месте, ничего не делая. Они тратят на перемещение и активность много времени. Очевиден один важный факт: хотя сравнение животных в состоянии покоя может дать очень много ценной информации, пределы и ограничения различных функций, объединенных в целом организме, мы можем найти, только исследуя активное животное.
Исследуя функции живого организма, мы видим, что размеры животного имеют важное значение и что изменение размеров влечет за собой необходимость подгонки разных функций или их изменений. Подгоняться должны самые различные функции, причем изменения должны соответствовать требованиям изменений масштаба.
Некоторые переменные остаются независимыми от размеров. Например, нельзя изменить физические и химические константы. Это означает, что животные должны находить лучшие из возможных решений в рамках существующих ограничений и правил, определяемых реальностью физического мира. Когда возникают ограничения, ставящие предел дальнейшего изменения масштаба, проблема решается изменением конструкции. Эти вопросы необходимо кратко обсудить в дополнение к тому, что говорилось в предыдущих главах.
Не связанные с масштабом и не зависимые от масштаба переменные
Существуют факторы, с которыми животные ничего не могут сделать. Они не могут изменить физических законов, гравитационного поля, свойств воды, законов термодинамики и т. п. Об этих и многих других сущностях можно сказать, что они не
связаны с масштабом, поскольку они остаются неизменными и не варьируют в связи с размерами животных. Например, сила,, связанная с гравитацией, — физическая константа, которая одинакова для мыши и слона. Только писатель-фантаст может сво* бодно манипулировать силой земного притяжения, а современная техника может временно избавлять от ее непосредственного влияния лишь нескольких избранных космонавтов. Для животных, обитающих на Земле, земное притяжение есть реальный факт, от которого им никуда не уйти.
К сущностям, которые несопоставимы с масштабными преобразованиями, относятся все виды физических и химических, констант, такие, как размеры атомов и молекул. Вода является универсальным растворителем, и ее свойства не связаны с масштабными преобразованиями. Это относится к ее плотности,, вязкости, теплоте испарения, поверхностному натяжению, удельной теплоемкости и т. п. Сходным образом не связаны с масштабом такие физические константы, как коэффициент диффузии в воздухе и в воде, т. е. они не зависят от размеров тела. Однако в некоторой степени ими можно управлять. Например* диффузия кислорода в тканях значительно ускоряется вследствие присутствия гемоглобина. К этому вопросу мы вернемся^ когда будем говорить о том, как можно обойти некоторые ограничения, изменяя конструкцию и создавая таким образом прерывистость.
