Размеры животных. Почему они так важны - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Другое интересное исследование касалось числа митохондрий у животных с разными размерами тела (Smith, 1956). Эта работа включала только четыре вида животных (крыса, кролик, овца и бык), но результаты получились убедительными (табл. 8.6). Плотность митохондрий в клетках печени уменьшается с размерами тела в степени —0,1, таким образом, плотность митохондрий уменьшается с увеличением размеров тела. Однако относительные размеры печени непостоянны, они уменьшаются с увеличением размеров тела (вторая строка таблицы). Общее число митохондрий в печени находится перемножением первой и второй строк, и мы видим, что оно пропорционально массе тела в степени 0,72 (третья строка). Таким образом, общее число митохондрий печени на 1 г массы тела (четвертая строка) уменьшается в степени —0,28 с увеличением размеров тела, что удивительно совпадает с показателем степени для интенсивности удельного метаболизма у интактного животного (-0,25).
Таблица 8.6. Количество митохондрий в клетках печени
млекопитающих. (Smith, 1956.)
Количество митохондрий иа 1 г массы
печени
Масса печени ~МТ°,82
Количество митохондрий в печени ~УИТ0,72
Количество митохондрий печени на
1 г массы тела ~МТ-0.28
Эта связь между содержанием митохондрий в печени, одном из наиболее важных для обмена веществ органе, и интенсивностью общего метаболизма является серьезным доказательством той концепции, что метаболический субстрат тканей определяется нуждами целого организма. Все это никак не поддерживает мнения, что тканевой метаболизм в живом организме
управляется главным образом неизвестными «организменными» факторами.
Сделанное заключение подтверждается недавними исследованиями митохондрий в мышечных клетках. Содержание митохондрий в клетках четырех разных мышц 13 видов млекопитающих всегда оказывалось обратно пропорциональным размерам тела. Измерение общего объема митохондрий мышечных клеток по отношению к размерам тела дало линии регрессии с таким наклоном, что они практически параллельны максимальной интенсивности потребления кислорода (Mathieu et al., 1981).
Было высказано предположение, что окислительная способность митохондрий прямо связана с плотностью крист в них. В указанном исследовании не отмечено изменения плотности расположения крист в соответствии с изменением интенсивности происходящих в мышечных волокнах окислительных процессов. Бартелс (Bartels, 1980), напротив, указывает, что плотность крист в митохондриях мышц сердца у самого маленького млекопитающего — карликовой белозубки (масса тела 2,5 г) — в несколько раз выше, чем у крупных млекопитающих (хотя концентрация митохондрий различается незначительно). Очевидно, чтобы разрешить эти противоречия, необходимы дополнительные количественные исследования митохондрий и механизмов энергетического обмена.
Следует упомянуть еще одно недавнее исследование. У млекопитающих, различающихся по размерам тела почти на шесть порядков, изучали концентрацию трех ферментов, которые участвуют в процессе окислительного метаболизма в мышцах, и обнаружили четкую отрицательную корреляцию с размерами тела (Emmet, Hochachka, 1981). Однако наклон линий регрессии был меньше, чем наклон линий регрессии удельной интенсивности метаболизма. По-видимому, это показывает, что наклон графика аэробного метаболизма у крупных млекопитающих больше, чем у мелких, но это предположение не согласуется с наблюдениями на животных, бегающих на тредбане, когда интенсивность поглощения кислорода достигает максимальной величины (Taylor et al., 1981).
Чтобы обобщить разрозненную информацию о механизмах энергетического обмена, которым в конце концов определяется использование кислорода, мы можем сделать вывод, что он тесно коррелирует с интенсивностью метаболизма целого животного. Однако имеющаяся информация весьма противоречива, поэтому совершенно необходимы дальнейшие исследования.
9. Как легкие поставляют организму достаточно кислорода
Интенсивность метаболизма у животного поддерживается благодаря постоянному расходованию топлива и кислорода. С точки зрения размеров много внимания было уделено снабжению организма кислородом и относительно мало — снабжению топливом. В этой и следующих двух главах мы остановимся на системе транспорта газов, в особенности кислорода.
Сначала рассмотрим влияние размеров животного на органы газообмена: легкие и жабры. Размеры и диффузионные свойства этих органов должны соответствовать потребности животного в кислороде. В следующей главе мы будем рассматривать роль крови в переносе газов, а поскольку данные об этом получены на позвоночных, в основном на млекопитающих, обсуждение будет ограничено этой группой. Затем мы обсудим систему циркуляции крови, которая состоит из насоса (сердца) и трубопроводов, по которым кровь перекачивается.
Когда мы анализируем функцию дыхательной системы с точки зрения влияния размеров, мы должны помнить, что большая часть имеющейся информации получена на животных в покое. Нормальное животное, если оно не спит, проводит большую часть времени в активном движении, и система снабжения кислородом должна соответствовать этим дополнительным потребностям (за исключением коротких периодов неустойчивого состояния, такого, как взрыв максимальной активности).
