Размеры животных. Почему они так важны - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Ограничения и прерывистость конструкции
Очень маленький организм, скажем амеба, получает кислород путем диффузии, которая обеспечивает поступление кислорода во все отделы животного с необходимой скоростью. Для более крупных организмов этого недостаточно, поскольку диффузия на большое расстояние требует большего времени. Это ограничение в снабжении кислородом можно обойти, используя для перемещения кислорода перенос массы — конвекцию. Только путем диффузии воздух в легких обновиться не может, поэтому при вентиляции легких используется принцип конвекции. Сходным образом кислород не может поступать к разным частям
тела путем диффузии, и к потребляющим кислород клеткам он доставляется с помощью тока крови. Эти процессы нам настолько знакомы, что мы не думаем о них, как о перерывах в конструкции, т. е. как о нововведениях, предназначенных для преодоления ограничений, накладываемых медленным ходом диффузии на большие расстояния.
Еще один пример, когда ограничения в связи с медленным характером диффузии преодолеваются путем введения новой конструкции, — резкое увеличение скорости диффузии кислорода в ткани, содержащие гемоглобин. По-видимому, это основная функция обнаруживаемого в красных мышцах гемоглобина {миоглобина).
Ограничения, накладывающиеся на скорость передачи возбуждения в нервах, точно так же могут быть преодолены путем формирования новой конструкции. В общем скорость проведения импульса растет с увеличением диаметра волокна, как это иллюстрируется примером гигантских аксонов кальмара и некоторых других беспозвоночных. Высокая скорость проведения возбуждения связана в данном случае с механизмом быстрой реакции. Сильное сокращение мышц мантии позволяет кальма-.ру делать быстрый рывок, чтобы избежать опасности или поймать добьдчу. Для одновременного сокращения мышц мантии «ервные импульсы должны приходить ко всем ее отделам без задержки, из чего следует необходимость быстрого проведения возбуждения и наличия гигантских аксонов.
Управление мышцами позвоночных, напротив, осуществляется нервами, в состав которых входят сотни и тысячи одиночных аксонов. Если бы для обеспечения быстрого проведения возбуждения они состояли из гигантских аксонов, то толщина нервных стволов была бы непомерно большой. Ограничение на скорость проведения возбуждения в нервах позвоночных было преодолено с появлением новой конструкции, которая основывалась на использовании изолирующего вещества (миелина). Миелин позволяет осуществлять очень быстрое проведение импульсов, известное под названием сальтатарного проведения.
Эти примеры показывают, что некоторые ограничения и пределы можно преодолевать с помощью введения различного рода новшеств. Это снова возвращает нас к вопросу о том, являют ли собой самые крупные и самые мелкие животные истинные пределы возможностей? Этот вопрос мы уже рассматривали в гл. 1, где в табл. 1.1 перечислялись организмы с очень разными размерами. Существуют убедительные доводы в пользу того, что приведенные в этом списке самые мелкие и самые крупные организмы представляют собой некие пределы возможных размеров организмов в условиях, преобладающих на нашей планете. Остается, однако, без ответа вопрос о предельных
размерах млекопитающих. Мы не можем ответить и на вопрос: каковы пределы! размеров самого крупного наземного млекопитающего? Точно так же мы не смогли с определенностью установить, могут ли теплокровные позвоночные быть мельче, чем 2—3-граммовые землеройки и колибри. Иной принцип снабжения тканей кислородом, например такой, как у насекомых, видимо, дает возможность поддерживать и хорошо контролируемую температуру тела таким мелким животным, как ночные бабочки и шмели. Стало быть, эти животные являются по сути дела теплокровными, но мы не можем сказать точно, имеются ли ограничения, препятствующие существованию таких же мелких птиц и млекопитающих.
Экологические приложения
Что же можно узнать относительно размеров животных и их биологического значения помимо того, что было уже выяснено нами в книге? До сих пор мы говорили о целых животных или о частях их организма, но ничего не говорили об окружающей среде, в которой они живут. В основных разделах книги внимание было сосредоточено на интенсивности энергетического метаболизма, связанных с ним структурах и функциях, таких, как легкие, кровь, сердце и т. д. Это, видимо, объясняется, во-первых, тем, что энергетический обмен изучен лучше, чем многие другие физиологические функции и, во-вторых, что мы склонны рассматривать метаболизм как некое фундаментальное свойство, определяющее множество других процессов.
Мы понимаем, что интенсивность метаболизма определяет частоту приема пищи, выделение и многие другие процессы. Для того чтобы сохранять стационарное состояние энергетического обмена и обмена питательных веществ, животное должно уравновешивать эти процессы, поглощая пищу. Если использовать экологическую терминологию, то эти процессы можно приравнять к потоку энергии, который рассматривается как центральная проблема экологии.
