Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
19.6. Развитие лихорадочного состояния часто сопровождается дрожью и ощущением холода (ознобом). Объясните эти симптомы на основе представлений о механизмах терморегуляции.
19.5.5. Адаптации к экстремальным климатическим условиям
Правило Бергмана
У эндотермных животных общая теплопродукция зависит от объема тела, а скорость теплоотдачи — от площади его поверхности. При увеличении размеров организмов объем тела растет быстрее, чем его поверхность. По этой причине виды, живущие в холодных регионах (например, белые медведи и киты), имеют, как правило, крупные размеры, тогда как
Гомеостаз 419
обитатели жарких стран (например, многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам. Это явление, известное как правило Бергмана, наблюдается и в пределах одного вида: например амурская форма тигра с Дальнего Востока крупнее суматран-ской из Индонезии. Конечно, и в приполярных областях водятся мелкие животные, а в тропиках — настоящие гиганты, но в этих случаях у них наблюдаются дополнительные приспособления для сохранения или рассеивания тепла. Например, мелкие млекопитающие умеренных или приполярных зон отличаются колоссальным аппетитом, позволяющим им поддерживать высокую интенсивность метаболизма. У них короткие выступающие части тела (уши, конечности), что уменьшает теплоотдачу, а зимой они вынуждены впадать в спячку. Крупные млекопитающие жарких стран, такие как слоны и бегемоты, сталкиваются с противоположными проблемами. Слонам помогают очень большие уши, обильно снабжаемые кровью. Постоянно шевеля ушами, слон увеличивает теплоотдачу путем излучения и конвекции. Бегемоты лишены потовых желез, и они используют такую же поведенческую стратегию, как крокодилы, — перемещаются то на сушу, то в воду, чтобы уменьшить влияние колебаний температуры.
Правило Аллена
У видов, обитающих в холодных регионах, размеры выступающих частей тела меньше, чем у их ближайших родственников в теплых странах. Эта закономерность называется правилом Аллена и проиллюстрирована рис. 19.17 на примере лисиц.
19.5.6. Адаптации к жизни в холодном климате
Состояние покоя
Все эктотермные и многие эндотермные животные не способны в холодное время года поддерживать такую температуру тела, которая позволила бы им сохранять нормальную активность, и при низкой температуре впада-
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
420 Глава 19
Рис. 19.17. Различия в длине ушей у трс.\ видов лисиц, обитающих в разных климатических регионах. Этот пример является хорошей иллюстрацией правила Аялена, А. Песец, обитающий в Арктике. Б. Обыкновенная лисица из Западной Европы. В. Большеухая лисица из Ботсваны.
ют в состояние покоя. Известны совершенно удивительные способы адаптации к холоду. Например, личинки перепончатокрылых рода Вгасоп, паразитирующие на канадском хлебном пилильщике, способны выдерживать температуру ниже —40 °С. Эта способность объясняется тем, что в гемолимфе личинки накапливают глицерол, который действует как антифриз, предотвращая образование кристаллов льда, повреждающих клеточные мембраны.
Теплообменники
У многих животных избыточной отдаче тепла через выступающие части тела препятствует распределение в них кровеносных сосудов по принципу противоточных теплообменников. Артерии, несущие кровь в эти выступающие части, окружены венами, по которым кровь течет обратно к телу. В результате более теплая артериальная кровь отдает часть своего тепла венозной, и холодная венозная кровь, оттекающая от выступающих частей, нагревается от теплой артериальной крови, притекающей к ним. Поскольку в выступающие части поступает уже охлажденная кровь, теплоотдача значительно уменьшается. Такие системы действуют, например, в плавниках китов, ластах тюленей, конечностях птиц и млекопитающих, а также в семенниках млекопитающих (рис. 19.18).
Принцип противоточного обмена используется у животных не только для передачи тепла, но и различных веществ, например дыхательных газов в жабрах рыб и ионов в петле Генле (соответственно разд. 9.4.5 и 20.5.6).
Гипотермия
Гипотермией называют понижение температуры внутренних областей эндотермных животных ниже 32 °С. Метод искусственной гипотермии используется в кардиохирургии, поскольку он позволяет проводить операции на сердце без риска вызвать у больного повреждение головного мозга. При понижении температуры тела до 15 °С метаболические потребности клеток мозга снижаются до такой степени, что снабжение его кровью может быть прервано без каких-либо
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
Гомеостаз 421
Температура
окружающей среды 4 °С 4
Артериальная кровь ~ "
Венозная -
кровь
35
30
25
20
10
Капилляр
29
24
Рис. 19.18. Схема кровотока между туловищем эндотермного животного с постоянной температурой 35 0Cu его конечностью, например ногой, при температуре окружающей среды 4 °С Тепло всегда передается от более нагретого тела менее нагретому со скоростью, пропорциональной разнице температур между этими телами. В приведенном на рисунке примере противоточного теплообмена в капиллярную сеть поступает кровь с температурой 5 0C, а из сети собирается кровь с температурой 4 °С Следовательно, теплоотдача в окружающую среду соот -ветствуетразности температур в 1 °С. Аналогичным образом кровь, возвращающаяся во внутренние области тела, также будет на 1 °С холоднее крови, оттекающей от них. Этот механизм предотвращает большие потери тепла и способствует поддержанию постоянной температуры тела на уровне 35 °С
