Размеры животных. Почему они так важны - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Исследование Мак-Магона охватывало очень однородную группу млекопитающих — копытных. Сходная работа Александера и др. (Alexander et al., 1979а) охватывает весь ряд наземных млекопитающих от землеройки (2,9 г) до слона (2500кг). Александер пользовался свежим материалом, но это не имеет значения, поскольку он брал линейные размеры костей. Если теория Мак-Магона об упругом подобии верна, то длина костей конечностей должна быть равна массе тела в степени 0,25. Александер обнаружил, что длина костей конечностей у 37 видов млекопитающих пропорциональна массе тела в степени 0,35, а их диаметр — массе тела в степени 0,36 и лишь в семействе Bovidae (полорогие) показатель степени для длины костей был ближе к значению 0,25, предсказанному теорией упругого подобия Мак-Магона. Таким образом, теория Мак-Магона
подтверждается измерениями на тех группах животных, которые он изучал, но его теория не подтверждается данными, полученными на других животных — млекопитающих всевозможных размеров.
Обобщенные результаты исследований Александера (Alexander, 1979а) приведены в табл. 5.1. Поскольку объем кости пропорционален произведению длины кости на ее диаметр в квадрате, очевидно, что объем кости будет пропорционален массе тела в степени 1,07:
Объем ~l-d2 = Мт°>35 ¦ Л1т0-Э6-2 = М,.1’07.
Показатель степени 1,07 для объема костей идентичен показателю степени в уравнении массы скелета млекопитающих, что обсуждалось выше, и это позволяет предположить, что изменения костей конечностей и остального скелета должны подчиняться одинаковым принципам.
Таблица 5.1. Длина (/) и диаметр (d) костей конечностей млекопитающих связаны с массой (Мт) уравнениями 1=аМ-,ь н d=a'M7b (Alexander et al., 1979а.)
Средние значения Средние значения
показателя b для: показателя Ь для:
длины диаметра длины диаметра
Насекомоядные ООО 0,39 Хищные 0,36 0,40
Приматы со со со 0,39 Полорогие 0,26 0,36
Грызуны СО ^ 00 0,40 Млекопитающие в 0,35 0,36
и целом
!) Значения показателя степени основаны на измерениях всех костей (бедренная, большая берцовая, плюсневая, плечевая, локтевая, пястная) для каждой группы.
Остается без ответа один интересный вопрос, почему же у полорогих (Bovidae) пропорции скелета изменяются в соответствии с теорией упругого подобия, тогда как у млекопитающих в целом — нет. Возможно, это объясняется тем, что представители сем. Bovidae стоят всегда на совершенно прямых ногах, причем в особенности передние ноги столбообразны. Все копытные, от самых мелких до самых крупных, вполне подобны друг другу, и их ноги по форме очень напоминают колонны, что и послужило основанием для теории Мак-Магона. Животные других групп — насекомоядные, приматы, грызуны, хищные и др. — очень редко стоят на прямых вертикальных ногах. Возможно, этим и объясняется разница в характеристиках скелетов. Теория упругого подобия очень хорошо описывает скелеты копытных, но не млекопитающих в целом.
Наружный скелет: не так все просто
У животных с наружным скелетом (ракообразных, насекомых и других членистоногих) диапазон размеров тела огромен. Самые мелкие насекомые весят меньше 25 мкг, а масса самых крупных превышает эту величину в миллион раз. Однако насекомые никогда не бывают такими огромными, как некоторые водные ракообразные. Напомним, что размах ног японского краба-па-ука достигает 4 м. Очевидно, ни одно сухопутное членистоногое животное не достигает и близко таких размеров, хотя некоторые сухопутные крабы бывают очень большими.
Наружный скелет членистоногих выполняет несколько функций. Он образует внешнюю форму животного, а на суше (в отличие от воды) членистоногим это особенно важно. К тому же наружный скелет, как и внутренний, дает опору мышцам. И наконец, наружный скелет — хорошая защита от внешних воздействий и от хищников. Таким образом, наружный скелет должен быть устойчив не только к силам, возникающим при изгибе и скручивании, но также и к ударам и воздействиям хищников. Это чрезвычайно осложняет анализ его механических свойств.
Относительные достоинства внутреннего и наружного скелетов обсуждаются в работе Карри (Currey, 1967). Анализ, проведенный на основе фундаментальных принципов механики, позволяет предположить, что наружный скелет превосходит внутренний скелет по устойчивости на изгиб и скручивание. Однако, когда речь идет о воздействии внешних сил, ситуация меняется, здесь наружный скелет неудобен, в особенности для больших и подвижных животных, таких, как позвоночные.
Кинетическая энергия, которая поглощается во время удара, пропорциональна квадрату скорости (Е—1/2 MU2), поэтому скорость удара в данном случае особенно важна. Внутренний скелет страдает во время удара гораздо меньше, поскольку мягкие ткани могут поглотить большое количество энергии без серьезных повреждений, тогда как жесткий негнущийся наружный скелет не защищен и воспринимает всю кинетическую энергию удара. У быстро двигающихся крупных животных удары по твердому наружному скелету в большинстве случаев проламывают его в месте удара.
