Мир лесных дебрей

Накопив достаточно тепла, животные уходят в тень. А вечером, когда снова становится прохладно, ящериц можно встретить лишь на крупных пнях, камнях и стволах деревьев, хорошо нагретых за день и еще не успевших отдать накопленное тепло. Эти аккумуляторы тепловой энергии предохраняют животных от охлаждения. В холодную погоду пауки располагают свои тенета над самой землей, а когда устанавливается тепло, вешают их значительно выше, где не так сказывается жар нагретой за день почвы и обдувает ветерок.

Животные, если им нужно извлечь из солнечных лучей больше энергии, должны быть «смуглыми». Однако в светлое время дня им нельзя много времени проводить на солнце. В темной «рубашке» можно перегреться, погибнуть от теплового удара. Чтобы этого не случилось, некоторые животные научились «переодеваться» и облачаются в одежду, соответствующую погоде: в жару носят светлые костюмы, а когда похолодает, надевают темные. Благодаря этому квакши, хамелеоны, южноамериканские игуаны, палочники и другие насекомые поддерживают температуру своего тела на оптимальном уровне.

Источники тепла можно найти везде. Некоторые виды лягушек проникли за полярный круг и не чувствуют себя здесь временными жильцами, хотя боятся самых незначительных морозов. Поэтому осенью амфибиям приходится загодя подыскивать зимние квартиры. Чаще всего это не промерзающие до дна водоемы. Зарывшись в ил или забившись под коряги и камни, проводят северные амфибии долгую и холодную зиму. Не слишком тепло, но жить можно. Морозов под водой не бывает. Температура воды всегда остается выше нуля.

Их южные родственники тоже постоянно пользуются теплом то воды, то почвы, то непосредственно солнца. Изнеженная квакша, трескучий, сверчок, постоянно меняет резиденции. День она проводит на деревьях, греясь на солнце, с наступлением темноты перебирается к водоемам на прогретые за день пляжи, а когда песок остынет, принимает теплые ванны. Нырнет в водоем, согреется и снова вылезет на берег. Ночь для трескучих сверчков время обеда, а ловить добычу в воде они не умеют.

Водяным отоплением пользуются в своих жилищах и белее крупные звери, Бобры, перегородив плотинами лесные ручьи и речки, строят на образовавшихся озерках большие надежные хатки, вход в которые открывается под водою. Похожие «хижины» сооружают ондатры или роют в береговых откосах норы. Близость воды не позволяет температуре в их жилищах опускаться слишком низко. Это особенно важно именно для ондатры — широко акклиматизированного в нашей стране американского зверька, который у себя на родине не сталкивается с особенно сильными морозами. Ее зимняя шубка мало отличается от летней. Она повышает теплоизоляцию животного всего на 14 процентов. В некоторых местах, куда проникла ондатра и где по всем признакам чувствует себя совеем неплохо, нередки морозы до –40 градусов. Там для зимних прогулок нужна более теплая одежда. В сильные холода покидать жилище для ондатры опасно. Даже в более слабый мороз до –10–15 градусов этот зверек может продержаться лишь несколько часов.

Греются у воды даже типично сухопутные птицы, чья жизнь не связана с водоемами. Мудрые вороны, если поблизости есть озера с теплыми ключами или быстрые реки, все свободное от кормежки время проводят, рассевшись по краю полыньи. При этом птицы не забывают предварительно определить направление ветра и занимают подветренную сторону, так что воздух, чуть подогретый открытой водой, сносится в их сторону.

Многие птицы и звери широко пользуются теплом горячих источников. В их числе японские макаки. Эти северяне, не в пример своим южным родственникам, носят шубки из густого и, видимо, теплого меха и такие же меховые шапки, закрывающие не только голову, но и уши. Из густого меха выглядывает лишь обезьянья мордочка. Со стороны может показаться, что это не природная униформа, а действительно надетый на тело животного меховой комбинезон с капюшоном, немного свободноватый, сшитый на вырост.

Живут макаки в горных лесах острова Хонсю. Питаются, как и все обезьяны, листьями, молодыми побегами и плодами многих растений. Не пренебрегают и корою. Большим подспорьем в их питании служат нежные водные растения и различные беспозвоночные. Обезьяны не избегают воды, умеют плавать и даже нырять. Так что добывать корм из воды для них не проблема.

Хонсю не тропический остров. Зимою здесь нередки морозы ниже –5 градусов и выпадают глубокие снега. Для обезьян это не трагедия. Они прекрасно приспособились к передвижению по заснеженной целине и умеют выкапывать из-под снега корм. Пережить холода помогает масса горячих источников, возле которых создается более подходящий микроклимат. Чтобы согреться, макаки принимают горячую ванну. Они по многу часов проводят в воде, нежась в ее теплых струях. На фоне глубоких сугробов, покрывающих берега ручьев, маленькие «человечки», забравшиеся в воду прямо в теплых шубках, выглядят довольно странно.

У ЧУЖОЙ ПЕЧКИ

Когда животные живут сообществами или семьями, они в холодную погоду могут собираться вместе и обогревать друг друга. Пищухи, как и другие северные птицы, зимой ночуют тесными группами, забившись в чащу густых хвойных ветвей. Это позволяет экономить много энергии. Лесные сони на зиму забираются в теплое дупло или в сухую нору и впадают в зимнюю спячку, которая у нас на Севере может продолжаться семь месяцев. Обычно этот период зверьки коротают небольшими компаниями. Для тесно прижавшихся друг к другу пушистых комочков не так страшны морозы.

Скучивание позволяет резко сократить общую площадь тела, непосредственно соприкасающуюся с наружным воздухом, и во много раз уменьшить теплопотери. Это особенно важно для детенышей и птенцов, которых родители надолго оставляют одних, отправляясь на поиски корма. Самки некоторых сов откладывают яйца с большими интервалами. В результате в одном гнезде можно увидеть и совсем маленького птенчика, одетого в пуховый наряд, который, однако, не спасает его от холода, и уже хорошо оперенных, неплохо утеплившихся старших братьев или сестер. В такой компании малыш не замерзнет.

Обычно родители обогревают своих детей, служат им печкой. Тетерка, низко опуская крылья и прикрывая ими своих малышей, создает им более теплый микроклимат. Белка в холодную погоду прикрывает своим телом бельчат, не давая им замерзнуть. Детеныши приматов (лемуров, низших и высших обезьян) первые месяцы жизни проводят на теле своей матери, крепко уцепившись за ее шерсть. Здесь тепло, уютно и безопасно. Еще один пример — насиживание яиц, обогревание их родителями. Без притока тепла извне развитие яиц невозможно.

Теплокровные животные породили тепловой паразитизм, или тепловое нахлебничество. Использование живых организмов как удобных источников тепла широко распространено в природе. Некогда на бескрайних просторах североамериканских прерий странствовали тысячные стада бизонов. Их сопровождали небольшие, чуть крупнее воробья, насекомоядные птицы, освобождая гигантов от многочисленных паразитов, живущих в их густой шерсти. За симбиотические отношения с крупными копытными эти пернатые получили название воловьих птиц. Зимой в холодные ветреные ночи бизоньи дезинсекторы проделывали норки в густой шерсти своих четвероногих подопечных и обогревались их теплом.

Для птиц сожительство с бизонами блестящая находка: сытно, тепло и безопасно. Кто рискнет напасть на такого покровителя? А для копытных тоже прямая выгода — освобождение от паразитов. Интересно, что воловьи птицы, видимо, привыкнув к постоянному тепловому паразитизму, разучились делиться теплом даже с собственными детьми. Они, как наши кукушки, не вьют гнезд и не высиживают птенцов, а подкладывают яйца в гнезда других птиц.

Не следует думать, что пользоваться биологическим теплом способны только мелкие животные, заимствующие его у своих более крупных соседей. Нередко бывает и наоборот, но для этого необходимо, чтобы крохотных производителей тепла было очень много. У тепловых паразитов наибольшей популярностью пользуются гнилостные бактерии. Мы сами прибегаем к их помощи, набивая парники биологическим топливом.

Жизнь большеногих, или, как их еще называют, сорных, кур, обитающих в лесах Южной Австралии, на Новой Гвинее и ближайших тропических островах, покрытых буйной растительностью, целиком зависит от гнилостных бактерий. Нельзя сказать, что они облегчают жизнь птиц, зато избавляют их от однообразия длительного насиживания, а заодно и от приятных, хотя и обременительных, хлопот по уходу за собственными детьми.

Как известно, сорные куры гнезд не вьют. Вместо этого самцы, взявшие на себя все заботы о снесенных яйцах, научились пользоваться услугами наемных истопников. Не в пример нашим домашним безмозглым курам, они оказались башковитыми ребятами и, можно сказать, свершили настоящую техническую революцию, овладев строительством инкубаторов и полностью отстранив несушек от обязанности высиживать цыплят.

Большую часть жизни мужская половина удивительных птиц занята своим грандиозным инкубатором. Им служит огромная куча гниющего мусора, сложенная где-нибудь на лесной прогалине. Трудно поверить, что его соорудила не очень крупная птица. Работая от зари до зари, будущий отец из листьев, веток и земли воздвигает громадный холм до 15 метров в диаметре и до 4–6 метров в высоту. По масштабам птицы — это египетская пирамида.

Мокрые листья под слоем земли гниют и так нагревают инкубатор, что большеногам время от времени приходится разрывать вершину, предотвращая перегревание, иначе из яиц вместо цыплят могла бы получиться яичница.

Самки никакого участия в сооружении инкубатора не принимают. Они навещают поглощенного заботами самца только для того, чтобы отложить очередное яйцо. В ожидании самки хозяин инкубатора роет недалеко от вершины холма длинную глубокую нору. У ее входа самка откладывает яйцо, а дальше оно скатывается само. Когда в положенный срок, через два с лишним месяца, из яйца вылупится птенец, никто не помогает ему выбраться на поверхность. Малыш сам за 15–20 часов напряженного труда прокапывает ход до метра в длину. Осторожно осмотревшись по сторонам, выбирается он из кучи и, кубарем скатившись к подножию инкубатора, спешит спрятаться в ближайшей чаще.

Делиться теплом принято даже у тех существ, которые сами не умеют его вырабатывать. Они выполняют роль «носильщиков». Самка королевского питона, точно так же, как уже упоминавшегося тигрового, охраняет и обогревает свои яйца. Однако особо комфортных условий создать не в состоянии. Размеры этой змеи значительно меньше, чем большинства других питонов. Естественно, что выработка тепла у нее происходит в меньших масштабах, а размеры его потерь так велики, что самка даже не борется за увеличение теплопроизводства и понапрасну не вздрагивает.

Скудность собственной теплопродукции самка пытается компенсировать за счет солнца. В отличие от тигровых и сетчатых питонов, которые никогда не покидают свое потомство, королевские регулярно выползают из укромных мест, где находятся их яйца, чтобы погреться на солнце. Когда температура змеи достигнет предельно допустимого уровня, мать поспешно возвращается назад и отдает яйцам накопленное тепло. Мы уже знаем, насколько велика теплоемкость тканей живых организмов. Сделанных самкой запасов тепла хватает надолго. Ей не приходится беспрерывно сновать туда-сюда, перенося его мелкими порциями.

Подобные способы транспортировки тепла можно наблюдать и у других существ. Весной на Севере, когда под пологом леса еще много снега, а температура воздуха лишь в солнечный полдень поднимается на несколько градусов выше нуля, одними из первых среди насекомых пробуждаются от зимней спячки муравьи. Трудно сказать, как они узнают, что наконец наступила долгожданная весна, но непременно об этом дознаются и в солнечную погоду выползают на купол муравейника позагорать и погреться на солнце.

В это время года неутомимые труженики еще не заняты обычными текущими работами. Приступить к ним они пока не в состоянии. На куполе муравейника никакой обычной суеты. Сейчас здесь настоящий пляж, где десятки муравьишек, раскинув лапки и прижавшись к теплой крыше своего дома, нежатся на солнце.

Однако жизнь здесь не замерла совсем. Если немного задержаться, можно подглядеть, как то один, то другой муравей, расправив затекшие члены, начинает осторожно пробираться среди неподвижно лежащих тел и исчезает «за дверью» ближайшего входа в дом. Навстречу из глубины подземелья так же неторопливо выползают их товарищи и, найдя свободное местечко, плюхаются рядом с другими муравьями, чтобы урвать свою долю тепла. Это не неженки, не лежебоки. Среди рабочих муравьев лодыри — большая редкость. Здесь на куполе собрались муравьи-теплоноши.

Достаточно согревшись, они спускаются в нижние этажи своего дома, чтобы отогреть накопленным теплом подземные галереи. Не много тепла способен перенести отдельный муравей, но семьи у них большие, и в многоэтажном муравьином доме становится теплее значительно раньше, чем его стены прогреет весеннее солнце. Согретая принесенные теплом, начинает откладывать яйца затворница-царица, а маленьким труженикам, у которых кончились зимние каникулы, не приходится по утрам перед началом рабочей смены тратить много времени на то, чтобы согреться. Даже в пасмурную погоду они теперь без излишних проволочек начинают свой трудовой день.

ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Давно утвердилось мнение, что жара экваториальных районов планеты, тем более прямые солнечные лучи, совершенно не переносимы для европейцев. Англичане, колонизировавшие в прошлом веке огромные территории, лежащие между тропиками Рака и Козерога, были твердо убеждены, что без защитного пробкового шлема находиться днем на открытом воздухе ни в коем случае нельзя. Между тем огромное количество животных сумело приспособиться к условиям тропиков и, видимо, чувствует себя в этих краях неплохо.

Может показаться, что с жарой бороться легче, чем с холодом: снизил до минимума жар в «печах» своего организма, и температура тела упала. Безусловно, этот путь используют все четвероногие и пернатые обитатели лесов, но он недостаточно эффективен, так как уменьшить интенсивность обычного метаболизма покоя можно совсем ненамного, лишь до определенного уровня, ниже которого жизнь невозможна. Так что этим способом серьезно сократить производство тепла не удается.

В особенно трудном положении находятся крупные животные. В их теле вырабатывается слишком много тепла, главным образом в постоянно работающих органах. Низкая теплопроводность тканей не позволяет оперативно избавляться от его излишков. Чтобы не довести «ядро» своего тела до кипения, организму приходится форсировать вынос тепла на поверхность. Эта задача возложена на кровеносную систему. Кровоток — легко регулируемый процесс. В жару, когда возникает опасность перегревания, артерии, выносящие кровь на периферию, и кожные сосуды расширяются, сюда начинает поступать гораздо больше крови, которая частично отдает здесь свое тепло во внешнюю среду, а вернувшись в глубинные районы организма, отбирает там на свое нагревание немало калорий.

Чтобы оперативно избавиться от излишков тепла, животным приходится пользоваться форточками: голыми ногами и другими незащищенными мехом и перьями местами тела. Тут годится все: и петушиный гребень, и хорошо снабжаемые кровью рога антилопы. Значительное увеличение объема крови, проходящей по обнаженным участкам, увеличивает теплоотдачу в 5–6 раз.

Сосудистые реакции обязательно затрагивают теплообменники, если они есть у животного. В жару вены в теплообменниках сжимаются, и они перестают выполнять свою функцию. Кровь, поступающая к обнаженным частям тела, возвращается теперь через венозные сплетения кожи и по дороге отдает вовне много тепла.

Сосудистые реакции — первый ответ организма на перегревание. Если они не дали ожидаемого эффекта и температура тела продолжает повышаться, включается аварийная система, работа которой направлена на резкое увеличение испарения воды.

На испарение грамма воды, доведенной до точки кипения, то есть нагретой до 100 градусов, требуется 539, а при 35, обычной температуре кожи человека и теплокровных животных, — 580 калорий. Это очень много! Вот почему с помощью испарения удается поддерживать температуру тела ниже температуры окружающей среды. Правда, для этого необходим целый ряд условий, и главные из них — доступность воды и низкая насыщенность воздуха влагой.

Существует несколько способов резко усиливать испарение. Человек и некоторые млекопитающие, когда им жарко, потеют. Потовые железы есть у большинства млекопитающих. Только у грызунов и зайцев они отсутствуют. Однако далеко не все пользуются этим механизмом. Потеть нужно квалифицированно, а это не каждый умеет делать.

Обычно потовые железы открываются в волосяные фоликулы или в непосредственной близости у них. У человека и других приматов они меньше связаны с волосами. У нас их 2–4 миллиона, по 150–350 на 1 квадратном сантиметре поверхности тела. На человеческой коже нет участков, свободных от потовых желез, что обеспечивает участие в испарении всей поверхности тела и делает механизм охлаждения весьма эффективным. Интенсивность потоотделения резко возрастает, когда температура кожи повышается до 30–32 градусов и при дальнейшем ее подъеме на каждый градус продолжает усиливаться примерно на 20 граммов в час. Благодаря эффективности потоотделения мы способны переносить длительное повышение температуры окружающей среды до 49,3 градуса. Человек — выходец из тропиков и приспособлен к жаре лучше многих животных, даже своих ближайших родственников. У крупных обезьян бабуинов при повышении температуры воздуха всего до 45 градусов температура тела возрастает до 40,6 градуса.

Секреция пота у лисиц, волков, других собак и у диких свиней происходит непрерывно, но на поверхность кожи он вытекает только в момент сокращения специальных клеток, то есть циклически. Частота циклов потоотделения и количество выделяемой при этом жидкости никак не связаны ни с наружной температурой, ни с температурой тела, а потому не могут обеспечить надежной терморегуляции. Однако несмотря на цикличность, потоотделение спасает антилоп от теплового удара. Интересно, что у некоторых из них пот выделяется синхронно сразу во всех частях тела и с достаточно большой частотой — 1–2 раза в секунду!

Хотя потоотделение и самый совершенный способ снижения температуры тела, но и он имеет ряд недостатков. У человека потовые железки устроены так, что образовавшиеся внутри секреторных клеток крохотные капельки пота выдавливаются из них без серьезного повреждения оболочки клетки. Это несомненно выгодно для организма. Плохо другое, пот не просто вода. В нем 1–2 процента азотистых веществ, аминокислот, жирных кислот и солей щелочных металлов, среди которых больше всего хлорида натрия — 0,5 процента. Немного! В нормальных условиях человек с потом теряет всего 360 миллиграммов азота и 134 миллиграмма натрия на каждые 100 миллилитров пота. Попробуйте подсчитать, сколько человек потеряет хлористого натрия, если, попав в тропики, будет выделять в сутки 5–10 литров пота.

Другие млекопитающие, не относящиеся к приматам, не теряют с потом такого количества солей, но у них другая проблема. Их потовые железки относятся к типу апокриновых. Чтобы освободиться от капельки пота, секреторная клетка расстается со своей вершиной. Поэтому в их поте много липидов, жироподобных веществ, входящих в состав клеточных оболочек. Для восстановления железистых клеток и восполнения их числа тратится много стройматериалов и энергии.

Амфибии тоже охлаждаются за счет испарения влаги всей поверхностью тела. В тихую погоду, когда на деревьях не шевельнется ни один листок, температура тела лягушек и жаб в глубине влажного тропического леса близка к температуре воздуха. У травяной лягушки в обычных условиях европейского лета испарение снижает температуру тела всего на 0,7–1,1 градуса. Может показаться, что эффект весьма скромен. Однако нужно учитывать, что при 20 градусах теплопродукция лягушки поддерживается на уровне 6 калорий в час. От этого дополнительного тепла и помогает избавиться испарение. Другое дело, если поднимется ветерок или приходится жить в кронах высоких деревьев, когда температура квакш становится значительно ниже температуры окружающей среды.

Чем суше воздух, тем легче происходит испарение. У серой жабы при внешней температуре 28 градусов и относительной влажности воздуха 82 процента температура тела поднимается до 27, а если влажность снижается до 27 процентов, температура тела опускается до 18 градусов. Разница 10 градусов — отличный эффект. Однако цена температурного комфорта обходится недешево. Регулярная жаба, чтобы поддерживать температуру тела на 4,5 градуса ниже температуры воздуха, должна отдавать 1,1 грамма воды в час. Это весьма расточительно, ведь сама жаба весит всего 20 граммов.

У собак, кошек и других хищников потовых желез мало. Они охлаждаются за счет дыхания, то есть испарения воды из легких, трахеи, из полости рта, с поверхности языка. В этом случае испаряется влага слизистой оболочки и слюны. Такой способ имеет ряд преимуществ перед потоотделением.

Во-первых, он не сопровождается потерей солей. Сколько бы их ни было в слизи, покрывающей стенки трахеи и бронхов, или в слюне, все они останутся здесь же на слизистой оболочке и отсюда поступят обратно в организм.

Во-вторых, испарение с дыхательных путей меньше зависит от влажности окружающего воздуха. Ведь ветер всегда сохраняет способность отрывать от влажной поверхности молекулы воды и уносить их с собою. Вот и животные, устраивая в своей глотке ветерок, создают условия для принудительного испарения.

Но у дыхательного охлаждения есть и серьезные недостатки. Усиленная вентиляция легких приводит к выносу из организма слишком большого количества углекислого газа. Может показаться, что это хорошо, ведь дыхательная система для того и существует, чтобы снабдить организм кислородом и освобождать его от СО₂, однако полное удаление углекислоты не менее вредно, чем ее избыток. Чтобы этого не происходило, у птиц вдыхаемый воздух направляется не столько в легкие, сколько в дополнительную воздухоносную систему, в так называемые воздушные мешки, а млекопитающие дышат хотя и часто, но очень поверхностно. В этом случае лишь незначительная часть вдыхаемого воздуха добирается до легких. Основная остается в крупных бронхах, трахее, носоглотке. Здесь обмена газов не происходит.

Кроме того, увеличение легочной вентиляции требует дополнительных усилий. Это существенно повышает выработку тепла, от которого тоже нужно освобождаться. Насколько возрастает нагрузка, можно показать на примере собаки. Если в обычных условиях частота дыхания лежит в диапазоне 20–40 дыхательных циклов в минуту, то при существенном повышении температуры она возрастает до 300–400. Еще значительнее увеличивается частота дыхания у птиц. Она может достигать 600–700 дыхательных циклов в минуту.

Интересно, что темп дыхания вовсе не следует за подъемом ртутного столбика, а сразу устанавливается на очень высоком уровне. У каждого вида животных существует свой наиболее удобный им ритм. Если не слишком жарко, учащенное дыхание поддерживается в течение коротких интервалов времени, перемежающихся с периодами нормального дыхания. Меняя продолжительность обоих периодов, животные добиваются необходимого эффекта.

Птицы пользуются еще одним способом охлаждения, тоже связанным с дыханием — трепетанием горла, точнее тонкого дна ротовой полости и верхней части глотки. Его частота может достигать чудовищных величин — более тысячи колебаний в минуту. При этом частота дыхания может не повышаться.

Трепетание горла долгое время вызывало недоумение ученых. Казалось, расход энергии и объемы создаваемого при этом тепла должны сводить на нет охлаждающий эффект испарения. Однако благодаря эластичности дыхательных органов энергоемкость интенсификации испарения невелика. Дело в том, что в эластичном теле в ответ на внешнее воздействие возникают колебания (сжатия и расширения), идущие в собственном, присущем только данному телу ритме. Для поддержания колебаний с такой частотой, ее называют резонансной, не требуется больших усилий.

Когда дыхательный темп набран, приходится затрачивать энергию лишь на растяжение воздухоносных путей, да и то не полностью, так как оно частично происходит по инерции, а сжимаются они сами собою за счет своей эластичности. Это отчасти напоминает прыжки мячика, подвешенного на тонкой резинке. Вот почему, когда животному становится по-настоящему жарко, частота дыхания скачкообразно возрастает и дальше практически не меняется или возникает трепетание горла. Его темп определен резонансной частотой тканей дыхательных органов.

Трудно сравнивать эффективность существующих систем охлаждения, но, видимо, у потоотделения она выше. Использование дыхательных органов не всегда спасает от повышения температуры тела. Например, у собаки в 45-градусную жару она с 38 подскакивает до 40,5 градуса. Между тем расход воды велик. Спящий козодой при 35 градусах тратит 2,9 миллиграмма воды в час на каждый грамм своего тела, а при 47–23 — почти в восемь раз больше.

Несмотря на существенные недостатки, дыхательный способ охлаждения пользуется в лесу популярностью, так как позволяет освободиться от жестких ограничений, накладываемых на испарение высокой влажностью, царящей в дебрях. Часто животные владеют обоими способами снижения температуры тела и в зависимости от обстановки пользуются ими и одновременно и попеременно.

У грызунов и у сумчатых, вроде опоссумов Нового Света, обычные способы охлаждения не дают надежного эффекта, и когда животным становится невмоготу, они прибегают к дополнительным мерам: обильно смачивают слюною мех на груди и животе. Птицы в критической ситуации опрыскивают ноги жидким пометом. Пользоваться этими способами можно лишь в течение непродолжительного времени, так как они требуют много воды, а охлаждающий эффект не так велик, как хотелось бы. Тем не менее это дает возможность приостановить дальнейший подъем температуры тела, а иногда даже снизить ее и спасает животному жизнь.

Любые теплые объекты способны излучать инфракрасные лучи. Это в полной мере относится и к живым существам. Для некоторых из них это важнейшее звено процесса терморегуляции, и они активно им пользуются. Инфракрасные лучи излучает все тело, но для терморегуляции имеют значение главным образом голые участки кожи с подкожной клетчаткой, имеющей богатую сосудистую сеть, позволяющую выносить к поверхности вместе с кровью глубинное тепло организма. Это могут быть уши, особенно их внутренняя поверхность, ноги, у антилоп — рога, у птиц — гребни на голове, вроде хорошо нам знакомого петушиного, голое, не защищенное кожей брюхо.

В жаркое время суток слоны отдыхают, укрывшись в тени высоких деревьев. Они не ложатся на землю — это бы сократило площадь поверхности их тел. Гиганты дремлют стоя, неторопливо обмахиваясь ушами, имеющими богатое кровоснабжение. Взмахи ушей-вентиляторов не препятствуют излучению ими тепловых лучей, которое достаточно велико, и вызывают движение воздуха. Львица, укрывшись после сытного обеда в тени акаций, если ей жарко, ложится на бок. Голое брюхо зверя излучает много тепловых лучей.

С помощью излучения животное может понизить температуру тела, только когда испускает гораздо больше инфракрасных лучей, чем поглощает их. Для этого необходима тень — укрытие от прямых солнечных лучей и от тепловых лучей, исходящих от особенно сильно нагретых солнцем предметов. Объекты, находящиеся в тени, излучают гораздо меньше инфракрасных лучей, чем тела теплокровных животных.

Температура лучей, испускаемых северным сектором небосвода в самое жаркое время дня, даже в тропиках не превышает +13 градусов. Для животных нагретые солнцем предметы должны казаться пышащей жаром печью, а северное небо — холодной стеной, находясь возле которой даже в теплой комнате можно чувствовать озноб. Разница между количеством поступающего в организм и излучаемого им тепла в этом случае будет велика. Если исходить из возможной температуры кожи животного, испытывающего тепловой дискомфорт: 35–40 градусов, то она составит 22–27! При достаточно большой поверхности излучения этот способ мог бы быть надежен. Однако когда в глухом лесу температура окружающего воздуха поднимется до 33–36, а все предметы окажутся нагретыми до 31–34 градусов, этот способ не может помочь в борьбе с перегреванием.

Эффективна ли теплоотдача путем излучения? Несомненно! По мере повышения температуры тела интенсивность излучения растет с чудовищной скоростью, увеличиваясь пропорционально абсолютной температуре тела, возведенной в четвертую степень. Так, при повышении температуры кожи животного всего на 10 градусов с 27 до 37 (с 300 до 310 градусов по абсолютной шкале температур) тепловое излучение возрастает в 135 миллионов раз! Быстрый рост излучения инфракрасных лучей, сопровождающий повышение температуры периферийных отделов тела, и существенная разница между интенсивностью поглощения и излучения лежат в основе этого способа терморегуляции.

Животным в тропиках жилось бы более вольготно, если бы их наружные покровы отражали тепловые лучи. Почему-то это не получило в животном мире широкого распространения. Впрочем, может быть, мы еще плохо знаем обитателей нашей планеты. В настоящее время известно лишь два примера использования этого принципа. У тропических древесных лягушек — африканских центроленид и южноамериканских филломедузин. Их кожа, окрашенная в различные оттенки зеленого цвета, обладает удивительным свойством: она отражает лучи инфракрасной части спектра примерно так же, как листья растений, на которых живут эти лягушки. Им нет необходимости прятаться в тень. Прикрепившись к стволам или листьям деревьев, они весь день проводят на солнцепеке и при этом не нагреваются.

У большинства теплокровных животных нет специальных механизмов, позволяющих основательно затормозить течение метаболических процессов, а испарение не всегда обеспечивает нужное снижение температуры. Приходится пользоваться дополнительными приемами. Показателен способ борьбы с перегреванием, который используют коала. Когда жара становится нестерпимой, зверьки перебираются на те виды эвкалиптов, листья которых содержат жаропонижающие вещества. Интересно, что коала оказались знающими фармакологами. Поскольку далекие экскурсии для сбора лекарственных растений они совершать не способны, зверьки в зависимости от обстоятельств пользуются веществами, усиливающими выведение тепла или снижающими теплопроизводство. В первом случае действующие начала, содержащиеся в листьях, или расширяют кожные сосуды, способствуя выносу тепла из недр организма к его поверхности и рассеиванию его в окружающей среде, или стимулируют процессы испарения, в том числе и через дыхательную систему.

О снижении теплопродукции стоит рассказать подробнее. Процесс терморегуляции не является чисто нервным. В нем есть химическое звено — использование специально вырабатываемых веществ для стимуляции высокого темпа производства тепла. У сумчатых высокий уровень обмена веществ поддерживается с помощью простагландинов — биологически активных веществ, синтезируемых различными тканями, в том числе мозгом. Их производство усиливается, когда температура организма начинает снижаться. Листья некоторых эвкалиптов содержат вещества, угнетающие у сумчатых выработку простагландинов, что позволяет коала несколько понизить температуру тела, приблизив ее к норме.

А ЕСЛИ ПОСТАВИТЬ НА КОНСЕРВАЦИЮ?

Чем больше разница между температурой окружающей среды и телом животного, тем быстрее оно остывает, конечно, если не способно противопоставить теплопотерям выработку необходимого количества тепла. Если разница превышает 20–30 градусов, остывание идет стремительно, пока она не сократится до 2,0–0,5. Теперь дальнейшее охлаждение замедляется. Вот почему температура крупных холоднокровных животных, поскольку их тело состоит из огромного количества клеток, участвующих в метаболизме и суммарно вырабатывающих значительное количество тепла, может в течение длительного времени превышать температуру окружающей среды.

Поскольку потери тепла зависят от того, насколько велика разница между температурой остывающего тела и окружающей среды, ясно, что в холодную погоду теплокровным животным легче поддерживать температуру своего тела па постоянном уровне, если она ниже. Поэтому ехидне и утконосу, а также сумчатым бороться с охлаждением проще, чем остальным млекопитающим или тем более птицам. Какие бы преимущества ни давала высокая температура, для терморегуляции она создает известные сложности и подчас требует трудно восполнимых, а значит, и недостаточно оправданных энергетических трат. Не удивительно, что у многих теплокровных животных и у человека наблюдаются суточные колебания температуры тела в пределах 1–2 градусов. Днем, в теплое время суток, она бывает выше, чем ночью, когда на землю опускается прохлада.

Ночное понижение температуры тела, видимо, не связано с уменьшением мышечной активности в темное время суток. Некоторые ученые склонны считать, что не «мышечное» тепло приводит к повышению температуры, а нервные центры терморегуляции так руководят выработкой и сохранением в организме тепла, чтобы создать днем наиболее благоприятные условия для мышечной активности и других видов деятельности.

У большинства животных колебания температуры тела совпадают по времени со сменой дня и ночи. У североамериканской овсянки тауи аберти, живущей в смешанных лесах и кустарниковых зарослях и ведущей дневной образ жизни, в светлое время суток температура тела поддерживается на уровне 42–42,5, а с наступлением темноты падает на целых 3 градуса. Новозеландская нелетающая птица — обыкновенный киви, житель густых сырых лесов, наоборот, предпочитает днем отдыхать, забившись куда-нибудь в густую чащобу. Видимо, не случайно утром температура тела киви устанавливается на уровне 37, а когда на лес опустятся сумерки, поднимается на 1,5 градуса.

Особенно большого размаха достигают суточные колебания температуры тела у примитивных млекопитающих: утконоса, ехидны, сумчатых. Центральноамериканские буролицые опоссумы активны ночью. Температура их тела в этот период стабильно поддерживается на уровне 36 градусов, а во время покоя может опускаться на 3–4 градуса. Колебания температуры тела до 6 градусов наблюдаются у весьма своеобразного лесного обитателя — тасманийского фалангера.

У большинства животных суточные колебания температуры тела невелики, но и они позволяют снизить темпы теплопотерь и теплопроизводства, а следовательно, и существенную экономию энергоресурсов. Преимущество, которое дает снижение температуры тела в неактивный период, когда выработка мышечного, так сказать побочного тепла прекращается, заставило некоторых животных пойти этим путем еще дальше. Однако, как мы уже видели, переменная температура выгодна только мельчайшим существам с высоким уровнем обмена веществ и огромными теплопотерями.

Колибри — самые маленькие птицы. Вес различных видов этих крох колеблется от 1,7 до 19,1 грамма. Самая маленькая из них — птица-муха, живущая на Кубе. Размеры ее тела, если ощипать перышки и не учитывать длинного клюва, едва достигает 3 сантиметров. Это прелестные существа. Особенно красивы самцы. Голова, горло, бока красного цвета с золотым отливом. Все остальное тело зеленое, но на спине перья переливаются синими, а хвост красными тонами.

Питаются малютки пыльцой и нектаром цветов и самыми мелкими, мало подвижными насекомыми. Как и полагается колибри, они во время еды не садятся на ветки деревьев, а, энергично работая крыльями, зависают в воздухе и, засунув кончик клюва в цветок или в колонию тлей, высасывают очередную порцию пищи. Такой способ питания требует серьезных энергетических затрат, а жиденький цветочный нектар содержит так мало питательных веществ, что птицы все светлое время дня вынуждены заниматься поисками и добычей пищи. Про этих птичек не скажешь: они едят, чтобы жить. Складывается впечатление, что они живут, чтобы есть.

При столь скудном питании и таких высоких расходах энергии невозможно сделать запасы хотя бы на одну ночь — период вынужденного бездействия. Усевшись на ветку передохнуть, муха даже в кубинскую тридцатиградусную жару мерзнет. Ведь нормальная температура ее тела 40 градусов, и ее нужно поддерживать, «сжигая» массу «топлива».

На долгие прохладные ночи, особенно кубинской зимой, «дров» не хватает. И колибри изобрели отличный способ борьбы с «энергетическими трудностями». Они впадают в оцепенение и резко уменьшают выработку тепла. Теперь в их «печах» чуть теплится пламя, температура тела падает больше чем наполовину, снижаясь до 20 или до 17 градусов. В этот период обмен веществ даже у крупных колибри, вроде гигантского и синегорлого, сокращается в 50–60 раз, а у мелких в 100! Это позволяет им растянуть свои энергетические запасы до утра и не погибнуть от истощения.

Одно неудобство, в таком состоянии колибри совершенно беспомощны и не способны взлететь, так что становятся легкой добычей любого хищника. С первыми лучами утреннего солнца тело крошки начинает дрожать мелкой дрожью, так птички согревают себя и, восстановив подвижность, отправляются за первым завтраком.

Могут впадать в оцепенение и другие птицы. В их числе настоящие козодои, живущие в Европе, и относящиеся к тому же семейству североамериканские спящие козодои. Эти птицы ведут сумеречный образ жизни, а днем лежат где-нибудь в укромном уголке в тени кустов или высокого пня. Они значительно крупнее колибри. Вес тела большинства видов колеблется от 30 до 50 граммов.

Птицы эти относятся к насекомоядным. Свою добычу они ловят в темноте. Видимо, сумеречные охоты оправдывают себя только в теплые ночи, когда в воздухе кишит комарье и прочие мелкие насекомые. Но на Севере и в горах ночи часто бывают холодными, и над козодоями всегда висит опасность вернутся на дневку с полупустым желудком. Видимо, ночной образ жизни и способ питания вынудили их научиться переводить температуру своего тела на более низкий уровень. Это не дает такого впечатляющего эффекта, как у колибри, но все-таки позволяет козодоям снижать обмен веществ в 13–18 раз.

Насекомоядные летучие мыши, вернувшись с ночной охоты, приводят себя в порядок и, угнездившись поудобнее, быстро снижают температуру тела и впадают в оцепенение. Этим одинаково широко пользуются как виды, прилетающие к нам летом на Север, так и типичные обитатели тропиков. Там подобных специалистов даже больше, чем в зоне умеренного климата. И, судя по всему, это изобретение сделано животными жарких стран.

Прибегают к помощи оцепенения некоторые грызуны и сумчатые. Бразильский карликовый опоссум около трети суток проводит в этом состоянии. Карликовые хомячки, живущие в густой траве по лесным опушкам и полянам, весят около 7–8 граммов. Лишенные пищи, они быстро впадают в оцепенение, снижая температуру тела на 10–12 градусов. Эти наблюдения подтверждают, что в основе перевода терморегуляции на пониженный режим лежат не климатические условия среды, а, главным образом, доступность пищи, наличие энергетических ресурсов.

Интересно, что как снижение температуры тела, так и последующий разогрев после выхода из оцепенения протекают, можно сказать, стремительно. Колибри охлаждаются за считанные секунды. Почти так же быстро впадают в оцепенение летучие мыши. Разогрев тела у этих мелких животных не требует значительных расходов энергии. Колибри, весящему 4 грамма, для этого требуется всего 57 калорий, а козодою с весом тела 40 граммов — 570 калорий.

Хотя колибри и козодои систематически прибегают к помощи кратковременной консервации, к переводу своей «отопительной» системы на сниженный режим работы, нельзя сказать, что все происходящие при этом процессы хорошо отрегулированы. Манипуляции с температурой тела — вещь весьма опасная. Пока птицы находятся в оцепенении, наружная температура может опуститься значительно ниже температуры их тела. В этот период бороться с холодом птицы не в состоянии и могут погибнуть. Они переносят только кратковременное падение температуры тела: колибри до +8, а козодои даже до +5 градусов, но выйти из оцепенения, имея столь низкую температуру, не способны. Если в ближайшие часы температура воздуха поднимется до 15–17 градусов и согреет их, птицы спасены. Теперь они способны на дальнейший разогрев.

Совсем иначе ведут себя летучие мыши. Если в период оцепенения температура тела ночницы опускается до 3–5 градусов, зверек автоматически проснется и за 40–60 минут может поднять свою температуру до нормального уровня. Это дает ему возможность спастись, подыскав убежище потеплее.

Отсутствие надежной техники безопасности — одно из доказательств того, что оцепенение изобретено обитателями тропиков, где температура окружающей среды никогда не падает до опасно низкого уровня. Лесным обитателям зоны холодного и умеренного климата больше подходит зимняя спячка. Она свойственна животным, которые прекрасно умеют поддерживать температуру тела на постоянном уровне и способны обеспечить себя топливом на неактивный период, на длинные холодные ночи или на не менее прохладные дневки. Однако осенью, когда среднесуточная температура окружающей среды значительно снижается, да и добывать корм становится все сложнее, животные впадают в спячку, как бы становятся на длительную консервацию, что позволяет им пережить зиму.

К услугам длительной консервации прибегают многие северяне. В их числе бурундуки, сони, мышовки, а из насекомоядных — ежи.

Летучие мыши, остающиеся на зимовку на Севере, весь этот длительный период в 6–7 и даже 7,5 месяца спят крепким сном. Из птиц способен впадать в длительную спячку лишь спящий козодой. Как видите, все мелкота.

Только одно исключение известно для крупных животных — медведи. Некоторые представители этого семейства на зиму устраивают берлогу или забираются в дупла и спят непробудным сном до весны. И что особенно интересно, совсем не те медведи, что живут в особенно суровых климатических условиях, а их родственники из более южных районов, которым зимой трудно добывать пропитание. Впрочем, дело с медведями не совсем ясное. Многие зоологи не считают, что эти звери впадают в настоящую спячку, так как температура их тела в этот период снижается всего до 31 градуса.

От кратковременного оцепенения зимняя спячка отличается не только значительно большей продолжительностью, но и тем, что требует серьезной подготовки. Во-первых, готовясь к спячке, животные накапливают жировой запас, при этом существенно увеличивается доля бурого жира. И прежде чем окончательно погрузиться в глубокий сон, проводят основательную тренировку, совершая многократные «пробные» снижения температуры тела. Только поупражнявшись в течение нескольких дней, лесная соня или летучая мышь наконец засыпает всерьез. Температура в этом случае падает медленно со скоростью 2–4 градуса в час, и, чтобы уменьшить ее на 10 градусов, требуется 2,5–5 часов. И еще одна особенность: на период «консервации» животные подыскивают себе не только безопасные, но и теплые квартиры, поскольку всерьез бороться с морозами они не в состоянии.

Во время спячки температура животного лишь на 1–2 градуса выше температуры окружающей среды. Хомяки, сони, летучие мыши способны, не просыпаясь, поддерживать свою температуру на уровне +2 градусов, даже если воздух охладится до нуля. Вот почему им так необходимы теплые убежища. Глубокая гипотермия приводит к резкому снижению потребностей организма в энергетических ресурсах и, естественно, к их экономии. Она весьма велика, так как обмен веществ может уменьшиться в 20–100 раз. Это значит, что энергетических ресурсов, запаренных на два дня активной жизни, теперь хватит на 40–200 дней.

Одновременно с падением температуры тела резко уменьшается число дыхательных движений. Сердце сокращается в 20–50 раз реже и при каждом сокращении выбрасывает в кровеносную сеть меньше крови, чем в состоянии бодрости. В результате минутный объем крови сокращается в 60–76 раз.

Экономная жизнь позволяет животным время от времени пользоваться такой дорогостоящей процедурой, как разогрев своего тела. Одни «размораживаются» каждые 8–11 дней, другие, по-видимому, не придерживаются определенного порядка. Зачем это делается, пока неизвестно. Может быть, в периоды кратковременного бодрствования происходит проверка работоспособности всех систем организма и их профилактический ремонт. А может быть, причина в том, что у животных нет будильника, способного разбудить их в нужный момент. Да и погодные условия год от года сильно разнятся. Вот и приходится контролировать обстановку, периодически просыпаясь, чтобы проверить, не наступила ли уже весна.

В период спячки организм бывшего теплокровного животного функционирует в совершенно необычных для него условиях. При столь глубоком охлаждении мышцы, нервные клетки и нервные волокна теплокровных обычно полностью прекращают свою деятельность. А у зимоспящих животных продолжаются сокращения сердечной и дыхательных мышц, нервные волокна передают команды к работающим органам, и, что особенно важно, продолжают функционировать нервные клетки промежуточного мозга, осуществляющие необходимое руководство жизнедеятельностью организма и интеграцией его функций.

Это объясняется специальной подготовкой организма к условиям гипотермии, перестройкой оболочек нервных клеток и нервных волокон. В мембранах, построенных из двух слоев молекул жироподобных веществ, тугоплавкие липиды, загустевающие при низких температурах, заменяются более легкоплавкими и жидкими. Аналогичные перестройки происходят и в эндокринных органах.

Выход из зимней спячки и разогрев организма происходит за счет форсированного производства тепла в мышцах и усиленного использования бурого жира. Он окисляется так интенсивно, что самым теплым местом организма сразу же становятся скопления жировой ткани. Для пробуждающегося животного важно в первую очередь привести в рабочее состояние сердце и мозг. Поэтому сначала кровообращение восстанавливается лишь в грудном отделе тела и в голове. Сосуды, несущие кровь к задней части тела и к конечностям, сжимаются. Когда сердце наберет силу и будет в состоянии обеспечивать быстро растущие потребности организма, тепло начинает распространяться более равномерно.

Температура тела может иногда повышаться со скоростью 1 градус в минуту, то есть значительно быстрее, чем ее предшествующее падение. Обычно летучая мышь уже через 15 минут способна к полету. Животным бывает достаточно 1–2 часов, чтобы все функции организма привести в норму.

Зимняя спячка — приспособление, позволяющее выживать в суровых климатических условиях. Это не обязательно холод. Такой же эффект вызывает жара, отсутствие воды и, конечно, пищи. Именно в невозможности восполнять энергетические затраты на текущую жизнедеятельность — главная причина появления зимней спячки. Однако сигналом к ней обычно является не само ухудшение питания и тем более не падение температуры среды, а особенности изменения светового режима, продолжительности дня и ночи. Это позволяет заблаговременно подготовиться к длительной консервации и приступить к ней задолго до наступления тяжелых времен.

ПО СТРАНИЦАМ ЛЕСНОГО ЖУРНАЛА МОД

Лес необычайно богат красками. Чаще всего его неровная поверхность отливает самыми различными оттенками зеленого — от нежно-салатного до темно-оливкового, почти черного. Но иногда на этом фоне то там, то здесь вспениваются целые лесные озера и моря, закипая всеми мыслимыми цветами от белого и соломенно-желтого до пурпурно-фиолетового.