Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Для того чтобы оценить ,поступление тепла из окружающей среды, подсчитаем, сколько воды (в виде пота) испаряет человек на жаре в пустыне. Интенсивность обмена в покое составля-
376 Глава 8. Терморегуляция
ет у человека около 70 ккал в 1 ч, и для отдачи такого, количества тепла путем испарения требуется 120 мл (0,12 л) воды. Известно также, что в жаркий день на солнце скорость потоотделения у человека колеблется от 1 до 1,5 л в 1 ч. Для упрощения расчета примети скорость потоотделения за .1,32 л/ч. Если температура тела не изменяется, а отдача метаболического тепла обеспечивается испарением 0,12 л воды, то, значит, избыток в 1,2 л
*
&§
Il и§
gI Se
що
I
reo
140 120 100 80 60 40 20
І
с
и
о <ь
У
о«
о
U
О
tV
и о| о
о
о°
п
<
=?.
%°
Г
+40
+30
+20
+10
ть-та,°с
-10
-20
Рис. 8.18. Охлаждение путем испарения у флоридского зайца (в процентах от одновременной метаболической теплопродукции). (Dawson, Schmidt-Nielsen, 1966.)
Испарение возрастает по мере снижения разности между температурой тела (7Ь) и температурой воздуха (7"а). Когда эта разность приближается к нулю (т. е. прн равенстве температур тела и воздуха), отдача всего образующегося в организме тепла происходит путем испарения.
расходуется на отведение тепла, поступающего из внешней среды. Таким образом, сумма тепла, получаемого путем теплопроводности от горячего воздуха и путем излучения — от горячего грунта и от солнца, компенсируется испарением 1,2 л воды; следовательно, в данном случае из внешней среды поступает ровно в 10 раз больше тепла, чем вырабатывается в организме человека в состоянии покоя. Повышение температуры тела на 1° соответствовало бы накоплению примерно 60 ккал, что эквивалентно теплоте испарения всего лишь 0,1 л воды. Отсюда видно, насколько велика может быть тепловая нагрузка на организм, когда температура среды выше температуры тела.
Ясно, что такие условия оказывают значительное влияние на организм. Если бы человек испарял влагу с указанной выше скоростью и при этом был лишен воды для питья, ему угрожала бы смерть от обезвоживания уже в конце первого жаркого дня в пустыне. Тем не менее во всех пустынях мира имеется богатый и разнообразный животный мир, хотя в большинстве пустынь нет
Тепловой баланс 377
открытых источников воды. Посмотрим, как животные адаптируются к таким условиям.
ЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ ТЕЛА
Если мы положим на солнцепеке большую глыбу льда и маленькую льдинку, ясно, что льдинка растает гораздо быстрее. Если мы туда же положим огромный камень и мелкую гальку, то последняя нагреется намного раньше, чем камень. Дело в том, что мелкие предметы имеют большую по отношению к объему поверхность. Если же мы разобъем большой камень или льдину на мелкие кусочки, то появится множество новых поверхностей, открытых для солнечных лучей и теплого воздуха. В результате увеличения поверхности вся масса камня или льда соответственно нагреется или растает быстрее.
Для тел одинаковой формы зависимость между поверхностью и объемом очень проста. Если какой-то куб разделить на кубики с длиной ребра в 10 раз меньшей, то суммарная площадь поверхностей всех полученных кубиков будет в 10 раз больше, чем поверхность исходного куба; если линейные размеры маленьких кубиков будут "в 100 раз меньше, чем у большого куба, общая поверхность увеличится в 100 раз, ит. д. Это правило применимо для всех геометрически подобных тел. Чем меньше линейные размеры любого предмета,, тем больше его поверхность по отношению к объему. Форма тела у крупных и мелких млекопитающих достаточно сходна для того, чтобы их поверхность находилась в правильной зависимости от их объема, т. е. на них распространяется указанное выше правило.
Вернемся к животному, находящемуся в условиях высокой температуры. Его организм получает тепло из двух источников: из внешней среды и от собственного метаболизма. Приток внешнего тепла, осуществляющийся путем теплопроводности, конвекции и излучения от земли и солнца, идет только через поверхность тела, и поэтому внешняя тепловая нагрузка прямо пропорциональна этой поверхности. Как было показано в гл. 6, у млекопитающих выработка тепла хотя и не совсем пропорциональна поверхности тела, но приближенно можно считать ее таковой. Поэтому общая тепловая нагрузка на организм—сумма собственной теплопродукции и тепла, поступающего извне, — приближенно пропорциональна величине поверхности тела. В результате мелкие животные с их относительно большей поверхностью оказываются в смысле тепловой нагрузки в гораздо худшем положении, чем крупные.
Если человек в жаркой пустыне теряет с потом 1 л воды в час (т. е. примерно 0,6 л/ч на квадратный метр поверхности тела), то, исходя из соотношения поверхностей тела, мы можем приближенно предсказать, сколько влаги должны испарять в