Размеры животных. Почему они так важны - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
лением воды. Следует очевидный вывод, что гигантские динозавры не вели строго полуводный образ жизни, и утверждение, что они были слишком тяжелы для перемещения по суше, недостаточно обоснованно. Могли ли позвоночные размером с динозавра жить на суше? Или же для гигантских позвоночных наземный образ жизни невозможен в силу механических ограничений?
Самые крупные наземные млекопитающие
Насколько нам известно, из всех живших на Земле млекопитающих самым крупным был родственник современного носорога травоядный Baluchitherium из олигодена (рис. 1.3). Его рост в области плеча был более 5 м, и он весил около 30 т, столько же, сколько Brontosaurus (Granger, Gregory, 1935). Надежно ли поддерживал скелет такое огромное животное? Или оно было для этого слишком большим? Ни один палеонтолог не сомневается, что Baluchitherium был чисто наземным млекопитающим, и поскольку имеются хорошо сохранившиеся
s
Рис. 1.3. Крупнейшее наземное млекопитающее, которое когда-лнбо жило на Земле, Baluchitherium, было родственником современного носорога. Весило это животное примерно 30 т. (Из Gregory, 1951. С разрешения Library Ser* vices Department, American Museum of Natural History.)
скелеты этих животных, по размеру костей мы можем оценить их прочность.
На рис. 1.4 показаны три пястных кости разных Baluchitherium в сравнении с той же костью современного носорога, помещенной на том же рисунке слева. Диаметр самой длинной из этих костей — около 140 мм, и поскольку прочность на сжатие у кости равна около 1800 кг/см2 (Wainwright et al., 1976), мы можем подсчитать, что такая кость могла выдерживать силу сжатия примерно в 280 т. Для 30-тонного животного эта величина означает 10-кратный запас прочности. То, что запас прочности для статических нагрузок у человека имеет примерно такую же величину, не является, по-видимому, простым совпа-
Рис. 1.4. Пястные кости трех экземпляров Baluchitherium в сравнении с той же костью современного носорога (крайняя слева). Самая крупная пястная кость могла выдерживать силу сжатия примерно в 280 т, т. е. почти в десять раз больше, чем вес животного. (Из Gregory, 1951. С разрешения Library Services Department, American Museum of Natural History.)
дением. Таким образом, у нас есть все основания считать, что прочность скелета Baluchitherium полностью соответствовала наземному образу жизни.
Следует, одиако, помнить, что способность выдерживать статические нагрузки — это не самое жесткое требование, предъявляемое к прочности конструкции, и поэтому она не может быть лимитирующим фактором в определении размеров наземных животных. В самом деле, выдерживание статических нагрузок не столь существенно, поскольку в процессе передвижения животного, когда преобладают силы, связанные с ускорениями и торможениями, напряжения в костях значительно возрастают. То обстоятельство, что активный организм часто функционирует на грани своих предельных возможностей, подтверждается множеством случаев, когда спортсмены на соревнованиях разрывают или растягивают мышцы, связки и сухожилия.
Тем не менее нет оснований сомневаться, что Baluchitherium был травоядным наземным млекопитающим, как и современный носорог. По размеру он был в три раза меньше самого большого динозавра, и нам, без сомнения, ясно, что размер слона — не предел для наземных животных. Следует ли в таком случае сделать вывод, что даже более крупные животные были бы в структурном отношении надежными? Где лежит конечный предел размеров для наземных животных? К сожалению, у нас нет убедительных ответов на эти вопросы.
Могут ли размеры ограничиваться доступностью пищи? Все очень крупные наземные животные растительноядны; растительный материал занимает большой объем, а переваривание клетчатки — длительный процесс. В этом отношении лучше всех «устроились» киты: все самые крупные киты — фильтрато-ры. Они питаются планктоном, распределенным в толще воды в трех измерениях, а эта пища, состоящая главным образом из ракообразных, обладает большой энергетической ценностью и быстро переваривается. Мы не можем говорить о том, какую роль в эволюции гигантских китов играли эти факторы, поскольку, как и в случае многих других эволюционных вопросов, мы можем лишь анализировать имеющиеся данные и делать на этой основе разумные предположения. Наше заключение, однако, остается гипотетическим, поскольку мы не можем поставить эксперименты по созданию больших по размеру слонов или гигантских китов, питающихся клетчаткой. Но к вопросу о том, что ограничивает размеры животных, мы будем возвращаться неоднократно.
2. Проблемы размеров и масштаба
Определение понятая «масштабное копирование»
К сожалению, мы не можем изучать влияния изменения масштабов путем создания сверхгигантских слонов. Однако к этому вопросу можно подойти иначе, и в этом отношении мы можем многому научиться у инженеров, которые постоянно решают подобные задачи, возводя все более высокие небоскребы, сооружая более длинные мосты, строя гигантские корабли и т. п. Именно необходимость изменения размеров, или масштаба объектов, дала начало целой ветви инженерной науки, известной под названием масштабное копирование (scaling). Для наших целей в этой книге мы примем, что изменение масштаба связано со структурными и функциональными изменениями у сходных во всех остальных отношениях организмов.
