Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Шмидт-Ниельсен К. -> "Размеры животных. Почему они так важны" -> 18

Размеры животных. Почему они так важны - Шмидт-Ниельсен К.

Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных. Почему они так важны — Мир, 1987. — 259 c.
Скачать (прямая ссылка): razmerijivotnihpochemuonitakvajni1987.djvu
Предыдущая << 1 .. 12 13 14 15 16 17 < 18 > 19 20 21 22 23 24 .. 107 >> Следующая

Более тяжелый скелет прочнее, и у неподвижных животных, например коралловых полипов, основную часть тела составляет скелетный материал. У подвижных животных тяжелый скелет увеличивает затраты на движение, уменьшает проворство и шансы спастись от х,щцников. Поэтому размеры и структура скелета определяются компромиссом между разными требованиями: что должно быть решающим — прочность или легкость?
Масштабные преобразования скелета млекопитающих
Рассмотрим группу позвоночных, например млекопитающих,, характеризующихся сходной организацией, но непохожих друг на друга. Всем нам известно, что кости слона тяжелее и массивнее, чем соразмерно увеличенные кости мыши. Почему?
* Третий тип скелета — гидростатический — основан на другом принципе. В этом случае силы действуют на несжимаемый элемент, которым является жидкость, заключенная в сосуд, противостоящий растяжению. Множества беспозвоночных (например, черви) обязаны своей способностью двигаться и сохранять форму комбинированному действию жидкостей тела и мышечных слоев в стенке тела. Все мы наблюдали прннцип функционирования гидростатического скелета при увядании листьев н цветков. Обычно они держатся прямо благодаря тому, что клеточное содержимое оказывает давление на прочные клеточные стенки; если объем жидкости уменьшается из-за потерн воды, то давление уменьшается н растение поникает.
4 Шмидт-Ниельсен
Ноги типичного млекопитающего удерживают массу его тела, и по мере возрастания массы животного должна соответственно увеличиваться прочность опоры. Допустим, что все линейные размеры животного увеличились вдвое. Масса такого увеличенного животного возрастет тогда в 8 раз, т. е. как куб линейных размеров, что должно повлиять на прочность поддерживающих структур. Чтобы эти структуры не разрушились, их поперечное сечение должно увеличиться пропорционально восьмикратному увеличению нагрузки, но если все размеры просто удвоить, площадь поперечного сечения костей увеличится только в 4 раза. Этого явно недостаточно, и чтобы удержать восьмикратно увеличенный вес, кости должны увеличиться непропорционально.
Галилео Галилей (1637) впервые обратил внимание на необходимость непропорционального увеличения размеров костей, выполняющих опорную функцию при увеличении размеров тела. Он, вероятно, был первым ученым, опубликовавшим рассуждение о влиянии размеров тела на размеры скелета. В своих «Диалогах> он писал, что скелет крупного животного должен быть достаточно прочным, чтобы поддерживать вес этого животного, поскольку он возрастает как третья степень увеличивающихся линейных размеров. Галилей приводит рисунок {рис. 5.1), показывающий, что большая кость непропорционально толще маленькой. ([Судя по рисунку, Галилей случайно сделал арифметическую ошибку. У большой кости, которая в три раза длиннее маленькой, диаметр увеличен в девять раз, а это гораздо большая непропорциональность, чем требуется. Трехкратное увеличение линейных размеров дает 27-кратное увеличение массы, и площадь поперечного сечения кости должна быть увеличена в 27 раз, а ее диаметр, следовательно, увеличится не в 9, а в 5,2 раза (квадратный корень из 27).]
Если масса скелета возрастает непропорционально увеличению массы тела, то где-то должен быть предел, за которым дальнейшее увеличение невозможно, поскольку не может же все животное представлять собой скелет. Галилей это понял и предположил, что гигантские животные должны быть водными, чтобы их вес поддерживала вода. На суше их скелет был бы
Рис. 5.1. Галилей, вероятно, первый пришел к выводу о том, что кости очень крупных животных, для того чтобы выдерживать вес этих животных, не могут быть пропорциональными их линейным размерам, так как вес возрастает пропорционально третьей степени линейных размеров. (Из Galilei, 1637.)
раздавлен чудовищным весом, поэтому самые большие млекопитающие— киты — живут в воде. В кииге Галилея Симпличио ставит вопрос о «чудовищных размерах некоторых рыб, например китов, которые, насколько я знаю, в 10 раз больше, чем слон». В своем ответе Сальвиати отмечает, что, «несмотря на чудовищный вес костей, эти животные не тонут, следовательно, тот факт, что рыбы могут оставаться под водой без движения» позволяет предположить, что плотность их тела точно такая же, как плотность воды; таким образом, если некоторые части их тела тяжелее воды, то другие должны быть легче воды, в противном случае эти животные не смогли бы сохранять равновесие» (Галилей, 1637).
Вообразим, что четыре ногн млекопитающего являются вертикальными колоннами, которые должны выдерживать вес его тела. Сразу же возникает вопрос: одинаковы ли механические свойства костей у крупных и мелких животных? Вероятно, это так, поскольку кости всех млекопитающих состоят из одинакового материала, а именно из кристаллов апатита кальция, заключенных в сеть коллагеновых волокон. Измерение предельной прочности костей млекопитающих разной массы от 0,05 до 700 кг (14 000-кратная разница) не выявило каких-либо значительных различий (233±53 МН/м2 у мелких животных и 200±28 у крупных) (Biewener, 1982).
Предыдущая << 1 .. 12 13 14 15 16 17 < 18 > 19 20 21 22 23 24 .. 107 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed