Размеры животных. Почему они так важны - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Действие гравитации в качестве объяснения?
Прежде чем обратиться к другим группам животных, рассмотрим одно заслуживающее внимания «объяснение» для показателя степени 0,75 при массе. Этот показатель степени можно" было бы получить суммированием показателей двух взаимосвя-
зей — одного, определяемого связью с поверхностью (показатель степени 0,67), и другого, большего показателя. Возможность суммирования нескольких взаимосвязанных процессов фактически была показана Клейбером много лет назад.
Рассмотрим, как это могло бы происходить. Помимо восполнения энергетических затрат для поддержания и функционирования всех органов и тканей, наземные животные постоянно находятся под воздействием гравитационного поля Земли. Казалось бы, постоянная сила гравитации не должна влиять на животное, опирающееся на твердый субстрат, однако собрано достаточно фактов, подтверждающих, что искусственное увеличение гравитационного поля усиливает энергетический обмен (Smith, 1976, 1978). Допустим, что поддерживающий метаболизм прямо связан с поверхностью (показатель степени 0,67) и что работа противодействия гравитационному полю прямо связана с массой (показатель степени 1,0). Объединенным результатом был бы промежуточный показатель степени, что могло <бы объяснить наблюдаемый показатель степени 0,75.
Обосновано ли это с теоретической точки зрения? Если бы .млекопитающие эволюционировали в отсутствие гравитации, то •они, по-видимому, могли бы быть геометрически подобны. Поскольку перенос веществ в теле осуществляется через поверхности (газы в легких, пища в кишечнике, вещества, проходящие 'через клеточные мембраны), мы можем предположить, что интенсивность основного метаболизма должна подчиняться правилу поверхностей. Однако гравитация навязывает дополнительные энергетические затраты, и поэтому общая интенсивность метаболизма должна складываться из интенсивности, определяемой площадью поверхности тела, и интенсивности, определяемой энергетическими затратами на существование в поле земного притяжения (Economos, 1979). Это предположение весьма привлекательно, хотя его трудно оценить, поскольку в настоящее время мы еще недостаточно понимаем всю сложность процессов, влияющих на интенсивность метаболизма. Предполагают, однако, что эту гипотезу можно было бы проверить экспериментально в условиях невесомости космического пространства (Расе, Smith, 1981).
Метаболические сходства
Характеристики интенсивности метаболизма для каждой большой группы теплокровных позвоночных можно представить ал-лометрическими уравнениями, выражающими зависимость интенсивности метаболизма от массы тела (табл. 7.4). В этих уравнениях все показатели степени почти одинаковы — между *0,72 и 0,75. Сочтем их идентичными, тогда числовые коэффи-
Таблица 7.4. Интенсивность метаболизма (Р, Вт) по отношению к массе тепа (AfT, кг) для больших групп высших позвоночных, выраженная аллометрическими уравнениями
Животные Аллометрические | Животные Аллометрические
уравнения уравнения
Сумчатые млекопитаю P=2,36XMT°-W Неворобьииые птицы Р=3,79ХМТ«.«3
щие Воробьиные птицы P=6,25X^t0724
Плацентарные млекопи Р=3,34Х-Мт“’м
тающие
Таблица 7.5. Интенсивность метаболизма покоя у некоторых позвоночных, пересчитанная для одинаковой температуры тела 38 °С (масса тела, Мт в кг, интенсивность метаболизма в ваттах) (Из Dawson, Hulbert, 1970,)
Рептилии (ящерицы) Млекопита ющи е Птнцы
однопроход сумчатые плацентар неворобьи воробьиные
ные ные ные
Температура тела, °С 30 30 35,5 38 39,5 40,5
Интенсивность метаболизма покоя О.ЗЗАУ».*2 1,65AfT®.7*l) 2,36МТ°>737 3,35/ИТ0.76 3,80Л1Т°>723 6,26 А1т°.7«
Qio 3,3 2,1 2,5 3,35А1/>7» 2,5 2,5
Интенсивность метаболизма, пере 0,86Л*то,« 2,99А?т0>76 2,97МТ%™ з,зшдт 4,98МТ°»Ш
считанная для 38“С
1) Принятый показатель степени равен 0,75.
циенты будут прямо выражать относительную величину метаболизма при любых размерах. Эти сравнения показывают то, о чем мы уже говорили, что у сумчатых млекопитающих уровень метаболизма в общем ниже, чем у плацентарных, и что у воробьиных птиц в целом уровень метаболизма почти в два раза выше, чем у других птиц таких же размеров.
Мы видели, что между этими группами имеются характерные различия в отношении их нормальной температуры тела, причем у сумчатых она самая низкая, а у воробьиных птиц самая высокая. Мы также знаем, что при изменении температуры у какого-либо животного изменяется и интенсивность его метаболизма. Теперь допустим, что мы изменили температуру тела у животных всех этих групп так, что она стала одинаковой. Каков был бы метаболизм у всех этих животных, если бы температура тела у них стала, скажем, 38 °С? Этот эксперимент на бумаге позволил бы нам сравнить интенсивность метаболизма покоя у разнообразных высших позвоночных при одной и той же температуре. Результаты такого эксперимента сведены в таблицу 7.5, куда включены сходные расчеты для ящериц.
