Каланы возвращаются на берег

Перечень приспособлений зверей к обитанию в воде этим не исчерпывается. У большинства видов ушные отверстия и ноздри при погружении зверей в воду замыкаются особой кожистой перепонкой. У выхухоли наружные окончания дыхательных отверстий вынесены вперед и вверх при помощи специального удлиненного хоботка.

Кое-что о легких и сердце

Вот мы и закончили весьма беглое рассмотрение типичных черт строения тела околоводных млекопитающих. Можно теперь рассказать о некоторых, наиболее важных и интересных особенностях, которые ученые обнаружили в форме и строении их внутренних органов.

Укороченные конечности и шея, особая форма хвоста и т. д. — все это, естественно, определяется характером скелета. У водных зверей также наблюдается параллельное развитие составных частей таза, большая грудная клетка, обеспечивающая увеличение емкости легких, гибкость позвоночного столба и т. д.

Дыхательная система околоводных и водных зверей тоже изменена. Легкие у них обычно имеют значительные размеры и такое строение, которое позволяет вдыхать больше воздуха и дольше задерживать его в организме, а затем при помощи очень глубокого выдоха лучше вентилировать их. У выхухоли, например, дыхательное горло может запираться при помощи небной и глоточной мускулатуры. Это позволяет ей глотать пищу под водой. Не появляясь на поверхности, глотают мелкую добычу сивучи и котики. У них есть аналогичные приспособления. Однажды на острове Медном убили крупного сивуча, который при падении со скалы вывернул нижнюю челюсть. Пасть у этого зверя не закрывалась, рана зарубцевалась, и по крайней мере полгода сивуч плавал и нырял с таким уродством. Нельзя сказать, чтобы эта аномалия сильно отразилась на «фигуре» зверя, он был средней упитанности и как-то приспособился к сложившимся обстоятельствам.

У некоторых видов сиреновых — ламантинов, дюгоней — легкие настолько велики, что занимают всю спинную половину туловища; диафрагма у них располагается не вертикально, а горизонтально. У ластоногих и китообразных легкие относительно меньше, хотя их емкость у некоторых китов достигает 7–10 и даже 14 тысяч литров.

У китов (кашалота и бутылконоса) развилось очень интересное приспособление к долгому пребыванию под водой — как бы запасное легкое. У них только одна левая ноздря, через которую воздух (по левому носовому проходу) попадает в легкие. Правый носовой проход превратился в огромный резервуар — воздушный мешок емкостью 7–8 тысяч литров. Заполнив воздухом легкие, кашалот закрывает клапан левой ноздри и выдыхает не утративший кислорода воздух в воздушный мешок, где он удерживается с помощью специальных клапанов. После этого зверь делает дополнительный вдох и заполняет легкие свежим воздухом.

Хотя наши земноводные звери и лишены возможности создавать такой резерв воздуха, как киты, но они все же дышат лучше, эффективнее, чем сухопутные звери.

Сердце у многих водных форм животных относительно меньше, чем у наземных. Так, вес сердца выхухоли составляет 0,5 процента общего веса тела, сивуча — 0,7, кита финвала — 0,28, речного бобра — 0,32. Этот же показатель равен у ежа 0,5, волка и крота — 0,9. У волка сердце весит почти одну сотую общего веса тела! Это много. Но если мы представим себе хорошенько биологию тех и других групп млекопитающих, то поймем, что удивляться тут, в сущности, нечему. Удельный вес водных животных меньше, обтекаемость тела лучше. При передвижении они затрачивают относительно меньше энергии на единицу протяженности пути, чем наземные звери. Снижению сердечного индекса (который определяется как отношение веса сердца к общему весу зверя) способствует также то, что у водных зверей большой запас резервного жира.

Правда, сердечный индекс у калана и котика довольно высок — соответственно 0,90 и 0,80. Эти звери не только плавают, но и передвигаются по суше.

Строение сердца водных животных имеет очень интересные особенности. У них очень сильно развит правый желудочек. У собаки, например, стенка левого желудочка в 3 раза толще стенки правого, а у ладожского тюленя только в 2 раза. У некоторых китов правый желудочек превышает по мощности левый. Объясняется это необходимостью «проталкивать» кровь через малый круг кровообращения при очень больших легких и их сильном сдавливании водой (при нырянии).

О некоторых особенностях строения кровеносной системы мы уже говорили. Добавим, что у типичных земноводных форм (бобр, ондатра и др.) обнаружены расширения — депо в венозной системе (особенно в области печени), «чудесная сеть» в области сердца и почек (у ластоногих), система клапанов в венах и других приспособлений, смысл которых станет нам ясным при рассмотрении некоторых особенностей физиологии зверей-амфибионтов…

Кроме общих черт строения околоводных млекопитающих нельзя забывать и о различиях. А они велики. Неоднородна сама водная среда: пресноводные озера, реки, малые и большие, открытые и лесные, торфянистые и ольшаниковые болота, морские лиманы, прибрежья морей и океанов имеют неодинаковые условия обитания. Сами животные по-разному используют водную среду — от непродолжительных «экскурсий» по водоемам (кутора) до многомесячного непрерывного пребывания в водной стихии (морской котик). Огромное значение имеет и происхождение зверей-амфибионтов; какой бы отпечаток ни наложила водная среда на их облик, тысячи поколений сухопутных предков дают себя знать… Все это обусловливает и пестроту облика наших героев, и неодинаковую степень их приспособленности к обитанию в воде.

Рассматривая строение тела околоводных и водных зверей, мы встречаемся с множеством переходов от водяной куторы, у которой из специальных приспособлений есть только киль из волос на верхней поверхности хвоста да оторочка из щетинок на краях лап, до ластоногих, у которых черты специализации выражены крайне рельефно (не говоря уже о китообразных). Эти градации в сопоставлении с особенностями биологии млекопитающих наглядно показывают нам пути и ход эволюционного процесса — роль внешней среды в эволюции животного мира земли.

ГЛАВА 4

КТО ГЛУБЖЕ?

Чемпионы достают дно

Читатели, следившие за ходом предыдущих рассуждений, сами найдут правильный ответ на вопрос, поставленный названием этой главы, — глубже всего ныряют звери, наиболее приспособленные к жизни в водной среде. Как мы уже знаем, самыми специализированными водными млекопитающими можно считать китообразных. Следовательно, ответ: «Киты ныряют глубже всех» — в первом приближении будет совершенно правильным. Правда, не эти звери — главные герои нашей книги. Но понять, как полуводным млекопитающим удается достигать значительных глубин и оставаться долго под водой, можно, только познакомившись с физиологией ныряния китообразных.

В последней четверти прошлого века для связи между континентами и отдельными странами, разделяемыми морями и большими морскими заливами, начали использовать телеграфные кабели, проложенные по дну морей и океанов. Количество их увеличивалось с каждым годом. В 1884 году обнаружили труп кашалота, запутавшегося в кабеле и повредившего линию связи. В апреле 1932 года ремонтное судно, вышедшее в море для расследования причин прекращения телеграфного сообщения между Бильбао и Эквадором, извлекло труп кашалота с глубины почти 1 километра. Как и в первом случае, зверь запутался в кабеле, который обернулся несколько раз вокруг нижней челюсти, туловища и ластов зверя.

Долгое время считали эту глубину пределом погружения кашалота. Но в 1955 году у побережья Южной Америки кашалот, погибший от аналогичной причины, был извлечен с глубины 1200 метров. А четырьмя годами ранее узнали поистине невероятную цифру — 2200 метров! На такой глубине было найдено тело кита при ремонте кабеля, проложенного между Лиссабоном и Малагой.

Что привлекает гигантских зверей в морские пучины? — Пища. Кашалоты питаются преимущественно головоногими моллюсками, обитающими в придонной зоне. В поисках этих животных они часто погружаются до самого дна и захватывают пищу с грунта…

Учитывая эту особенность биологии кашалотов, наши специалисты по морским млекопитающим С. Е. Клейненберг, В. М. Белькович и А. В. Яблоков предложили вполне приемлемое объяснение причин, которые заставляют зверей впутываться в такие неприятные для них истории с подводными кабелями: они принимают их за… щупальца огромных кальмаров, обитающих в океанских глубинах. «Имея опыт по «живым кабелям», кашалот, наверное, считает, что разорвать проложенный по дну моря телеграфный кабель — пара пустяков»[6] — замечают шутливо авторы.

Другие киты могут нырять на десятки, быть может, на несколько сот метров, но до кашалотов им далеко.

Летом 1963 года на станции Мак-Мердо в Австралии ученые получили очень интересные данные, касающиеся нырятельных способностей ластоногих. К телу тюленя Уэделля прикрепили батометрический прибор и по его показаниям узнали, что в одно из погружений зверь опустился на глубину 460 метров. Почти полкилометра! Это тоже своеобразный рекорд. Теперь остается установить, ныряет ли тюлень Уэделля глубже остальных ластоногих, или среди членов этого отряда млекопитающих есть еще неизвестные чемпионы.

Наблюдения за тюленем Уэделля позволили получить много других интересных сведений. В августе 1961 года ученые два дня наблюдали за одним зверем, который имел оригинальную окраску и заметно отличался от своих сородичей. Оказывается, у тюленей этого вида есть два типа ныряния — регулярные и нерегулярные. При регулярных ныряниях зверь погружается в воду в среднем на 10,5 минуты, и время между погружениями составляет почти 2 минуты. Нерегулярные ныряния бывают на неопределенное время, от 2 до 32 минут; промежутки между погружениями более короткие…

Первенство по нырянию среди зверей-амфибионтов принадлежит моржу. Он часто достает корм с глубины почти 100 метров. Котик также погружается до глубины 80–100 метров, но делает это реже. Калан собирает себе корм на сравнительно небольших глубинах, порядка 5–6 метров, только в случае особой нужды он опускается и на 50 метров.

Жителям внутренних водоемов незачем иметь такие же способности к нырянию, как у морских млекопитающих. Глубина рек и озер в местах, где проходит их жизнь, составляет от силы десяток-другой метров. Но ведь и на небольших глубинах надо как-то добыть себе корм, вырыть нору, ускользнуть от преследователя. Для этого необходимы приспособления, которые позволяли бы им находиться под водой гораздо дольше, чем наземным зверям. Вот несколько цифр, характеризующих максимальную продолжительность пребывания под водой различных околоводных и морских млекопитающих: выдра может обходиться без пополнения запаса воздуха 3–4 минуты, калан — 8, утконос, выхухоль, ондатра — 10–12, бобр, морж, обыкновенный тюлень, ламантин, дельфин-афалин — 15–16, финвал — 20–30, тюлень Уэделля — 32, голубой кит — 50, кашалот— 90, кит-бутылконос — 120 минут.

Как известно, человек не может задержать дыхание больше чем на 2–2,5 минуты. Лишь очень тренированные искатели жемчуга находятся под водой дольше, погружаясь при этом на значительную глубину. Но кончается это для них печально — с возрастом у профессиональных ныряльщиков развивается эмфизема легких, нарушается кровообращение, они становятся инвалидами.

Ученые проводили специальные опыты над некоторыми сугубо сухопутными видами животных. Оказалось, что собака выдерживает под водой до 4 минут 25 секунд, а крыса — до 3 минут 6 секунд. Это довольно много, но надо учитывать, что подопытные звери не выполняли под водой никакой работы, в то время как тот же тюлень Уэделля за время нырка может проплыть подо льдом почти 4 километра от полыньи и благополучно возвратиться обратно. Эта способность позволяет тюленям существовать на больших ледяных полях, где на расстоянии в несколько километров всегда есть трещины, разводья, полыньи…

Другие водные звери также проделывают под водой интенсивную работу, требующую дополнительных затрат энергии, а следовательно, и столь дефицитного в условиях погружения кислорода.

Сивучи и тралы

Мы как-то забыли о сивуче, ничего не сказав о способностях к нырянию у этого оригинального зверя. В литературе нырятельные возможности сивуча освещены слабо. На Командорах удалось наблюдать, как звери оставались под водой до 15 минут. Но является ли это время пределом для них, сказать трудно. О способности сивучей в погоне за косяками рыбы нырять на большую глубину можно судить по таким происшествиям. Оказалось, что морские львы, населяющие побережье Камчатки, быстро «разнюхали» выгодность кооперирования с человеком при ловле рыбы, хотя связь эта несколько односторонняя, приносящая пользу лишь зверям…

Траловый флот получил сейчас широкое развитие. Огромные глубоководные неводы — тралы тянутся над дном моря вслед за кораблем — траулером. И вот сивучи, которые до того ловили рыбу, хватая ее поодиночке и порой долго и безуспешно гоняясь за ней, стали пользоваться услугами человека. Как только в трал набьется достаточно рыбы, хищники забираются в снасть и вовсю пиршествуют там. Часто они увлекаются настолько, что забывают выскользнуть из трала перед его поднятием на борт судна, и вместе с рыбой их вытряхивают на палубу. Сперва такие случаи были редки, в трал заплывали-заныривали только самые смелые, отчаянные звери. Но проходило время, и сивучи освоили траловый лов настолько, что уже забирались в него группами 5–6 голов. Началась вражда рыбаков с морскими львами. Действительно, представьте себе на минуту, что на палубу судна, где все приготовлено к приему рыбы, вдруг вываливаются несколько таких гигантов весом по тонне. Да еще и не извиняются, а, сердито рыча, начинают ползать по палубе. Надо убирать рыбу, готовить снасть к следующему запуску, а к неожиданным гостям не подступишься. Однажды, по рассказу камчатских рыбаков, шесть сивучей, оказавшиеся на лалубе большого морозильного траулера, больше часа терроризировали команду. Когда палуба и общество людей надоели зверям, они нехотя перевалили за фальшборт и красивыми прыжками ринулись в океан…

О вдохе и прочем…

Что же позволяет водным и полуводным млекопитающим так глубоко нырять и долго обходиться без атмосферного воздуха? О некоторых особенностях строения тела зверей, обеспечивающих эти способности, мы рассказали в предыдущей главе. Рассмотрим теперь основные физиологические механизмы ныряния, начав с водных млекопитающих, так как у них эти механизмы выражены наиболее ярко и полно…

Вначале о вдохе. Средний объем легких человека составляет 2500 миллилитров. При спокойном вдохе поглощается 500 миллилитров воздуха, из которых 140 остается в так называемом «вредном пространстве», а 360 поступает в легкие. Значит, альвеолярный воздух вентилируется всего лишь на одну седьмую часть (360: 2500). У больших же китов за одно дыхательное движение содержимое легких обновляется на 90 процентов! Подвижная грудная клетка, мощные дыхательные мускулы, развитая мускулатура в легочной ткани — все это приспособлено для того, чтобы сделать глубокий выдох — вытолкнуть бесполезный, отдавший кислород воздух и как можно быстрее заменить его новой порцией чистого атмосферного воздуха. С каждым дыхательным движением в легкие кита поступает в 4–5 раз больше кислорода, чем в легкие человека.

Кашалот перед длительным погружением делает 60–70 вдохов; можно представить себе, как основательно он «заряжает» при этом свой организм кислородом.

У водных млекопитающих повышена так называемая кислородная емкость крови. Известно, что кислород по организму разносит особый, содержащийся в красных кровяных тельцах (эритроцитах) пигмент — гемоглобин. Проходя через легкие, гемоглобин присоединяет кислород и в виде оксигемоглобина устремляется по артериям во все уголки организма. Один грамм гемоглобина крови человека связывает 1,23 кубических сантиметра кислорода, а тюленя — 1,78 кубических сантиметра. К этому надо добавить, что процесс связывания кислорода гемоглобином идет у ныряющих млекопитающих очень быстро.

…Водные звери отличаются экономным расходованием кислорода во время ныряния. Так, у обыкновенного тюленя расход кислорода в течение одной минуты после погружения снижался в 15 раз! Эта экономия обеспечивается различными способами. Замедляется обмен веществ в организме зверя, уменьшается количество вырабатываемого тепла, происходят резкие изменения в кровообращении и характере кровоснабжения различных тканей. У морского льва, например, уже через 10 секунд после начала ныряния количество сокращений сердца падало от 130–140 до 30–40 в минуту, а у серого кита — со 100 до 10 ударов. Но особенно отличается в этом отношении нутрия. У нее частота сердцебиений при погружении под воду уменьшается с 216 до … 4! Разница колоссальная. У северного морского слона частота сокращений сердца в конце 40-минутного ныряния также падала до 4, но исходный уровень у этого вида гораздо ниже, чем у нутрии: 60 ударов в минуту.

Специальные измерения показали, что при нырянии давление крови в магистральных сосудах сохраняется в норме. Зато в малых артериях оно уменьшается до уровня венозного, а иногда и вовсе сходит на нет (пульс перестает прощупываться).

Перераспределение кровопотока имеет огромнейшее значение для зверя. В любых условиях его головной мозг нормально омывается кровью, в достатке снабжается кислородом. «Лишая себя» последних молекул драгоценного газа, остальные органы тела отдают их головному мозгу. Лишь бы он работал нормально несколько лишних минут и полностью сохранил способность контролировать и координировать все важнейшие жизненные функции организма.

Мы знаем, как болезненно реагирует головной мозг на недостаток кислорода: 4–5 минут — и в его нежных клетках наступают необратимые изменения. «Оживление» организма становится невозможным. А другие органы могут побыть и на голодной диете, они гораздо более выносливы и неприхотливы.

Нервные клетки дыхательного центра млекопитающих находятся в передней трети продолговатого мозга. Дыхательный центр очень чувствителен к концентрации углекислого газа в крови. Чуть содержание его превышает норму — центр дает «команду» усилить вентиляцию легких, увеличить приток кислорода, улучшить вывод углекислоты из крови. И здоровый организм послушно выполняет эти команды, дыхание становится более глубоким, нормальный состав газов крови восстанавливается. Но вот что удивительно — дыхательный центр головного мозга водных млекопитающих чрезвычайно устойчив к повышению концентрации в крови углекислого газа. Поразмыслив, ученые поняли, в чем дело: сохранение у этих зверей свойственной для наземных млекопитающих чувствительности к углекислоте могло позволить дыхательному центру сыграть злую шутку со своим хозяином — заставить его усилить «вентиляцию» легких в самый неподходящий момент, во время ныряния. Конечно, вдох под водой был бы для зверя последним…

Перераспределение кровопотока, усиленное питание головного мозга, когда зверь находится под водой, — эти механизмы обнаружены не только у водных млекопитающих — они есть у бобра, ондатры и некоторых других зверей-амфибионтов.

Мы говорили о пигменте крови — гемоглобине. Он есть не только в крови, но и в форме миоглобина присутствует в мышечной ткани животных. Миоглобин запасает кислород и отдает его по мере надобности. У водных млекопитающих этого пигмента очень много, у дельфинов, например, его столько же, сколько и гемоглобина. В мышцах сердца и головы дельфинов миоглобина в 4–5 раз больше, чем у кролика или морской свинки, а в спинных и брюшных мышцах — в 15 раз!

Ученые установили, что запас кислорода в организме человека составляет в среднем 2640 миллилитров, из них в легких — 900, в крови — 1160, тканевой жидкости — 245 миллилитров и, наконец, в миоглобине — 335 миллилитров — одна седьмая часть общего запаса. У тюленя же из 5400 миллилитров кислорода миоглобин удерживает свыше 2500, то есть почти половину!

Кажется, всего перечисленного уже вполне достаточно, для того чтобы объяснить необычные способности водных зверей к длительному нырянию. Но в последние годы ученые сделали удивительное открытие: они обнаружили у китов так называемое бескислородное (анаэробное) дыхание. Подробно и достаточно популярно этот феномен описан в уже упоминавшейся нами интересной книге «Загадка океана» Л. Бельковича, С. Клейненберга, В. Яблокова.

Итак, получить больше свежего воздуха, полнее использовать содержащийся в нем кислород, доставить этот кислород тканям быстрее, лучше «выгрузить» его, создать резервы воздуха и кислорода при нырянии, экономнее расходовать драгоценный газ в погруженном состоянии, обеспечивать им в первую очередь жизненно важные центры — вот к чему сводятся, в сущности, все сложнейшие морфологические и физиологические приспособления, выработавшиеся у водных млекопитающих в процессе великого обратного пути с суши в воду. У некоторых они достигли высокой степени совершенства (эти звери накрепко породнились с водной средой), другие обладают менее яркими и полными приспособлениями (они как бы стоят в воде только одной ногой, а второй «держатся за сушу»); но принцип, направление приспособлений общие. А это для нас главное.

Сухопутные наверстывают темпы

…Мечта о человеке-амфибии, завоевание водной стихии человеком — не одних писателей-фантастов прельщала эта мечта. Мы знаем о больших научных исследованиях, ведущихся сейчас в различных странах с целью найти пути длительного пребывания человека под водой и даже переселения его с суши в воду. Некоторым кажется, что «твердь» нашего шарика уже тесновата для человека. Всем знакомы работы француза Жака Ива Кусто, свидетельствующие о больших перспективах в этом направлении. Ученый не ставит проблему коренной «ломки» физиологии человека, ибо — по крайней мере на данном этапе — такое намерение было бы утопией (вернее, казалось бы утопией). Он намерен перенести под воду жилье человека и разработать конструкции, необходимые для жизни и работы в морской стихии.

Но наметились и другие направления. Знаете ли вы, как дышат в воде некоторые насекомые? Когда они ныряют, их тело окружает воздушный пузырек. Парциальное давление азота в пузырьке выше, поэтому он постепенно переходит в воду. Кроме того, имеется разница в содержании кислорода в воздушном пузырьке и в окружающей его водной среде. Поэтому из воды в пузырек попадает кислород, а из него в воду выделяется углекислый газ. И насекомое прекрасно может дышать в казалось бы необычной для него среде.

Водолаз, опускающийся на дно моря, в чем-то подобен насекомому, окруженному воздушным пузырьком… Но водолазов и аквалангистов часто подстерегает грозная опасность: у них развивается кессонная болезнь. Виной всему — азот, смесью которого с кислородом мы дышим. При быстром подъеме с большой глубины он начинает выделяться из крови в виде пузырьков и закупоривает мелкие кровеносные сосуды. Если бы человек мог дышать водой, насыщенной кислородом, то кессонная болезнь была бы ему не страшна.

…Дышать водой? Какая странная мысль! И все-таки она не так уж необычна, как может показаться сначала. Ученые доказали, что млекопитающие могут дышать жидкостью. Теперь это научный факт.

Поразительные итоги дали опыты с мышами и собаками. Если погрузить этих зверей в обычную воду, судьбу их нетрудно угадать: через несколько минут они превратятся в трупы. А если изменить некоторые свойства воды? Так и сделали. Воду насыщали кислородом под давлением 5–8 атмосфер, добавляли в нее соли, создавая физиологический раствор. Затем помещали в этот раствор мышей. В одной серии экспериментов мыши оставались живыми под водой в продолжении почти 6 часов: они дышали, на них действовали различные внешние раздражители. Вынутые из воды зверьки жили еще 2 часа.

В опытах Дж. Килстра мышь, погруженная в воду с растворенными в ней солями и насыщенную кислородом, прожила под давлением 8 атмосфер более суток.

Опыты с собаками ставили по-иному. Зверей анестезировали, вводили им антибиотики и в таком состоянии помещали в раствор. Собаки дышали водой от 23 до 38 минут, из 6 подопытных животных выжили после окончания опыта два. Одна из самок впоследствии нормально ощенилась.

Звери дышали жидкостью и остались живыми!

Критический момент для животных, над которыми ставят такие опыты, наступает при обратном переходе от водного дыхания к воздушному. Остатки жидкости выводятся из легких медленно, и, пока альвеолы и бронмиолы очищаются от раствора, зверьки могут задохнуться. Если при помощи специального аппарата обеспечивать животных в этот период кислородом, они останутся живыми. Кто знает, каково будущее этих смелых опытов?..

Некоторые ученые решили прямо последовать принципу, существующему в природе, и создать искусственный воздушный пузырек — не вокруг насекомых, а вокруг млекопитающих.

В лаборатории американской фирмы «Дженерал электрик» получили синтетическую силиконовую пленку, обладающую очень интересными свойствами — в одном направлении она пропускает кислород, в другом — углекислоту. В мешочек из такой пленки поместили хомяка и пустили его под воду. В течение нескольких часов зверек без всякого ущерба для здоровья провел в необычайной для себя среде. Ученый, получивший силиконовую пленку, полагает, что человек сможет не хуже хомяка дышать под водой в мешке из этого материала, если «пузырек» будет иметь достаточно большие размеры.

Вода отнимает тепло

Перейдем теперь к физиологии терморегуляции (регулирования температуры тела) у млекопитающих. Это также очень важная сторона их биологии. Ученые считают, что у наземных зверей температура тела регулируется через потоотделение, путем конвекции и радиации, усиленной вентиляцией легких. Часто все или некоторые из этих механизмов действуют совместно. Внутренние органы водных зверей находятся под мощным слоем подкожного жира; потовых желез у них нет; они не могут усиленно вентилировать легкие путем учащенного дыхания (гипервентиляции). Жировая подушка надежно защищает зверей от переохлаждения, когда они находятся в малоподвижном состоянии, лежат на льду при низкой температуре воздуха. Перейдут звери в активное состояние, попадут в относительно теплую воду — жировая прослойка превращается в помеху, препятствует выделению из организма избыточного тепла. Особенности строения тела околоводных и водных зверей делают эффективным лишь один способ отдачи лишнего тепла — контактный. Высокая теплопроводность и низкая температура воды (как правило, даже в летнее время она ниже температуры тела) позволяют этим зверям отдавать накопившееся тепло прямо в воду.

Чтобы яснее представить себе, как происходит терморегуляция у зверей-амфибионтов, расскажем об одном опыте, поставленном над канадским бобром.

Когда в лаборатории было 16 градусов, температура тела зверя, измеренная в прямой кишке (ректальная), равнялась 37, поверхности хвоста 16–17 градусам. Это было нормой для бобра. Затем температуру воздуха довели до 25 градусов. Через 30 минут ректальная температура увеличилась на 2 градуса, а кожный слой на поверхности хвоста нагрелся до 35 градусов. В организме зверя возник избыток тепла, бобру угрожал общий перегрев. Почему же «отказали» регуляторные механизмы? Ответ на этот вопрос дал второй этап опыта.

Бобра сажали у края резервуара с водой, имеющей температуру 6 градусов, и опускали туда его хвост. Если в лаборатории было 16 градусов тепла, температура тела зверя оставалась нормальной (37°), а хвоста падала до 8—12 градусов. Было подсчитано, что через хвост зверь, находившийся в воде, терял 0,1 большой калории в час. Увеличили температуру воздуха в комнате до 25 градусов — температура тела бобра сохранилась на нормальном уровне, зато отдача тепла через хвост возросла почти в 12 раз!

Следовательно, регулирование теплоотдачи происходит у бобра через голую часть хвоста при контакте ее со средой, обладающей высокой теплопроводностью, то есть с водой. В первом случае, когда хвост зверя находился в воздухе, увеличение температуры в лаборатории вызвало опасный для жизни бобра подъем температуры тела на 2 градуса. Опустили хвост в воду — и температура тела оставалась в норме, а избыток тепла был отведен через хвост…

В Воронежском заповеднике один из авторов измерил дистанционным электротермометром температуру различных участков поверхности тела бобров. Когда зверь находился в гнезде при 20 градусах тепла, температура поверхности его тела была почти везде одинаковой и колебалась в пределах 35–37 градусов. Стоило зверю поплавать в воде 10–15 минут (температура воды была также 18–20 градусов), как картина менялась — кожа на груди, животе, голове почти не охлаждалась, а на голой части хвоста и лишенных волосяного покрова частях задних ног температура падала на 15–20 градусов. Зимой, после купания в холодной воде, датчик электротермометра, приложенный к поверхности кожи на кончике и в середине хвоста, показывал всего 5–6 градусов.

Сеть кровеносных сосудов в хвосте бобра развита очень сильно. Это обстоятельство и создает возможность для быстрого контактного охлаждения организма бобра через хвост. При определенных условиях сосуды хвоста расширяются, поток крови через хвост резко увеличивается. Пройдя через хвост, имеющий более низкую температуру, кровь охладится и, попав далее во внутренние органы, заберет у них избыточное тепло. Выше температура воздуха, больше лишнего тепла в организме — больше объем кровопотока через хвост, ниже температура — меньше объем крови, проходящей через кровеносную систему хвоста. Кроме хвоста в отдаче тепла участвуют и оголенные участки лап.

Почти у всех околоводных зверей большие голые хвосты и обширные безволосые ступни на задних конечностях. Значит, не только бобр, но и другие полуводные млекопитающие регулируют температуру тела описанным выше путем.

В естественных условиях звери могут сами в зависимости от обстоятельств «пускать в ход» механизм контактной теплоотдачи. Станет ондатре жарко в ее подземном жилище или в тростниковой хатке — она спустится в воду, поплавает немного, и все приходит в норму. Так же поступают и другие звери-амфибионты.

Между прочим, такой механизм вместе с особым микроклиматом жилищ и убежищ имеет очень важное значение в распространении полуводных зверей. Почти все они, как говорят экологи, стенотермны, то есть выдерживают сравнительно небольшие колебания температуры окружающей среды. Например, тот же речной бобр гибнет от теплового удара при 30 градусах, а при 20–25 градусах мороза он уже через несколько часов может погибнуть от переохлаждения, отморозить хвост и лапы. Оптимальная зона температуры внешней среды не превышает для бобра 40 градусов. Между тем в крайних точках его ареала (Кольский полуостров и пустыни Монголии) годичная разница положительных и отрицательных температур воздуха приближается к 100 градусам. Только благоприятный микроклимат жилищ и механизм контактной терморегуляции позволяют бобру иметь ареал с такой огромной градацией температур.

Не только хвост

У водных зверей в терморегуляции участвует вся поверхность тела (ведь у них нет плотного мехового покрова, перекрывающего доступ воды непосредственно к коже). Ученые считают, что температура верхнего слоя кожного покрова этих млекопитающих и окружающей воды всегда равна, то есть она в той или иной степени ниже температуры внутренней среды зверя. Кровь, проходя через кожу, несколько охлаждается. Если в организме образуется избыточное количество тепла, то происходит рефлекторное расширение сосудов кожи, поток идущей к периферии крови увеличивается, объем теплоотдачи возрастает. Когда зверю холодно, происходит обратное явление — сжатие кожных сосудов. Зверь экономит тепло. Пульсация кожного кровообращения у морских зверей возможна благодаря хорошему развитию мускулатуры в стенках артерии.

Выше мы упоминали о том, что в плавниках морских зверей есть особые комплексные сосуды. По выражению профессора А. Г. Томилина, «именно через плавники, как через своеобразные «отдушины» изолированного жиром организма, по-видимому, и происходит в первую очередь интенсивная отдача тепла, например при быстром плавании и усиленной мышечной работе…»[7].

Чтобы доказать это положение, ученый поставил опыт с дельфинами. Зверя извлекали из воды и оставляли на берегу, в тени, при температуре воздуха около 30 градусов. Измерив через 11–15 минут температуру различных участков тела дельфина, обнаружили, что в прямой кишке она равна 37,7, на боку тела 30,5, на поверхности спинного плавника — 37 градусам. Еще через некоторое время температура в прямой кишке повысилась на 2 градуса, на боку— на 1,5, на спинном плавнике осталась прежней.

«Слабая теплопроводность воздуха, однако, не позволяет таким терморегуляторам предотвращать поднятие температуры тела, находящегося на суше, но в воде они для этого вполне достаточны, — пишет А. Г. Томилин. — Мы несколько раз вставляли термометр в прямую кишку животных, находящихся в морской воде с температурой 19–20°, и не наблюдали, чтобы ртуть поднималась выше 37 °C, даже при неспокойном поведении зверей…»[8]

П. Фрейхен и Ф. Соломонсен отметили в книге «Когда уходят льды» некоторые повадки котиков, связанные с регулированием теплоотдачи этими млекопитающими.

«Котики, которые собираются большими стадами на берегу и остаются там, тяжело переносят жару, — пишут эти авторы. — Высокоэффективные, изолирующие свойства меха позволяют им прекрасно приспосабливаться к пребыванию в холодной воде, но в период размножения затрудняют им жизнь. Густая шерсть задерживает теплоотдачу, и тепло уходит только через лишенные волосяного покрова ласты… На берегу котикам становится жарко, они тяжело дышат и часто обмахиваются ластами».

На Командорских островах один из нас также наблюдал некоторые приемы, при помощи которых котики «управляют» уровнем теплоотдачи.

В условиях, когда отдача тепла переходит допустимый предел (мы еще не знаем внутренний механизм, улавливающий этот момент), животные принимают дополнительные меры по сохранению тепла. Если это происходит в воде во время их отдыха, они плотно прижимают ласты «по швам», кладут задние на передние и в результате с одной стороны поверхности ластов теплоотдача резко уменьшается. То же самое котики делают и на лежбищах поздней осенью, когда песок, галька и камни становятся очень холодными, а в воздухе носятся первые белые мухи.

Интересно, что и калан, когда спит на воде, задние лапы кладет на брюхо. Со стороны посмотришь — качается на волнах обрубок.

Летом на котиковом лежбище, особенно в жаркие солнечные дни, можно видеть иную картину. Котики раскладывают передние ласты подальше от теплого тела, а задними обмахиваются, словно веером. Некоторые наблюдатели ошибочно пытались объяснить такое обмахивание стремлением отогнать рой мелких, серых, чрезвычайно назойливых мух. Но отдача тепла через ласты не всегда бывает достаточной, и тогда зверь пускает в ход дополнительный «вентилятор» — легкие. Вы помните, как ведут себя в знойный июльский день собаки, вороны, воробьи, куры? Раскрыв пасть или клюв, они учащенно дышат, «изгоняя» тепло. То же самое делают и котики.

ГЛАВА 5

В ВОДЕ ХОРОШО,

А НА СУШЕ ЛУЧШЕ

Как воздвигаются дворцы

Мы несколько увлеклись описанием роли водной среды в жизни наших знакомых-амфибионтов и придали, может быть, слишком большое значение характеристике их приспособлений. Такой путь, несомненно, уведет нас в океан, к группе истинно водных млекопитающих— сиреновых и китообразных. Поскольку же наши цели были иными, надо вовремя вспомнить о том, что суша-то для наших героев остается главной.

Как же ведут себя полуводные звери на суше и почему она им необходима? — Прежде всего жилища.

Самый искусный строитель из всех полуводных животных, если не из всех млекопитающих вообще, — речной бобр. Слава о бобрах как об «умелых» строителях вошла в самые разнообразные литературные источники — от серьезного исследования ученого-зоолога до любимой всеми малышами книги Корнея Ивановича Чуковского «Доктор Айболит». Наибольшее впечатление производят бобровые хатки — своеобразные «небоскребы» животного царства. Размеры этих сооружений различны. Самые маленькие домики едва возвышаются над уровнем воды или земли — это конурки для одиночного зверя, чаще всего молодого, не успевшего обзавестись семьей и хозяйством. Старые домики превышают в диаметре десяток метров, а в высоту — рост человека. Действительно, настоящие дома! А если этих хаток не одна, а две-три, как бывает у большой дружной бобровой семьи? Тогда возникает бобровый городок.

Гёте как-то использовал выражение «бобровая республика». Путешествуя по Италии, он попал в Венецию, и этот город с домами, построенными среди воды, напомнил ему бобровые поселения.

Бобровое жилище сооружается на много лет. Внутри хаты до пяти «этажей». Один из авторов изучал строение крупного жилища бобра на речке Кривке, левом притоке реки Воронежа. Только в одной из «комнат» этого сооружения могли свободно разместиться лежа пять человек.

Помнится, что у Фенимора Купера герой приключенческого романа спасается от преследовавших его индейцев в бобровом жилище. В действительности такую вероятность трудно допустить, ибо входы в хатки расположены в воде и попасть во внутренние «покои» можно только через узкие темные туннели.

Но если бы нам пришлось поселиться в жилище бобров зимой, то, к своей радости, мы обнаружили бы там весьма сносный микроклимат. В Воронежском заповеднике в течение нескольких лет проводились наблюдения за температурным режимом в гнездовых камерах домиков. Сквозь щели в них пропускали длинные скрытые в резиновой оболочке датчики дистанционного электротермометра. Оказалось, что в суровые зимние морозы температура в заселенных бобрами и прикрытых снежным одеялом домиках колеблется от 2–3 до 2–4 градусов. Летом же в резиденциях бобров приятный влажный и прохладный воздух; редко температура в хатках превышает 20 градусов…

Стенки домиков очень прочны. Э. Сетон-Томпсон описывает случай, когда на одну из бобровых хаток упала большая канадская ель и переломилась пополам, не повредив жилища.

В помещении у бобра всегда чисто. В тех камерах, где звери отдыхают, есть постели, выстланные стружками от погрызаемых ветвей. По мере того как постель грязнится, бобр «застилает» ее свежей стружкой. В отношении чистоплотности он один из самых примерных зверей.

Будущий домик бобры закладывают на месте временного жилища, где-нибудь над корневищами ольхи или обрушенным подземным ходом. Постепенно они окружают провал ветвями и обрубками деревьев, заливают глиной, илом. Древесные части они таскают в зубах, помогая лапами. Индейцы и траперы утверждали, что при переноске ила и глины звери пользуются хвостом. Бобр якобы подсовывает свой толстый лопатообразный хвост под кусок глины и поднимает его себе на спину. Затем тащит на спине, придерживая хвостом, пока не дойдет или не доплывет до хатки и не замажет одно из отверстий.

В действительности все делается по-иному. Зверь выталкивает из воды полужидкую грязь, перемешанную с водными растениями, грудью и передними лапами и прокладывает своеобразную грязевую дорожку по стенкам домика. С нее он может «распределять» строительный материал по участкам стенок, кажущихся ему слабыми. Но в основном мягкий материал стенок домика — это труха от сгнивших за многие годы, истлевших веток, листьев, стеблей трав, растительной ветоши.

В Воронежском заповеднике известны хатки, возведенные в начале 900-х годов. Но существовали они не беспрерывно. Звери переселялись из старого жилища за десяток, а то и за сотню метров; покинутый домик хирел, разваливался, а через некоторое время жильцы возвращались и на месте старого возникало, в сущности, совсем новое сооружение четвероногих инженеров.

Осень — период интенсивного возведения новых жилых поселков и капитального ремонта старых домов бобров. Мелкий ремонт делается и весной, особенно если в гнезде есть молодняк.

Однако возведение хаток лишь одно из проявлений строительных способностей бобров. Жилища этого типа возникают преимущественно на низких заболоченных берегах, с трясинами, где при незначительном подъеме воды вся земля пропитывается влагой.

В относительно высоких и плотных берегах бобры роют норы. Нора начинается обязательно под водой на глубине от полуметра до двух. Ход диаметром 40–50 сантиметров идет вверх под углом 30 градусов, сначала под водой, потом по суше. Длина хода достигает 10–15 метров. В конце его — полость диаметром около метра. Для того чтобы надежно изолировать гнездовую камеру, бобры часто устраивают ее под корнями дерева или кустарников. Они служат ему естественной крышей. Здесь у бобра находится логово-постель. Со временем некоторые норы проваливаются, промываются дождями. Отверстия сверху звери заваливают кучей хвороста. Иногда бобры вовсе их бросают и устраивают новоселье в свежевырытой норе.

Норы бобров часто образуют сложную сеть туннелей, иногда многоярусных, так как во время летнего усыхания реки или другого водоема, уровень которого бобрам не удается удержать с помощью плотины, роется новый подводный ход, ниже обнажившегося. Кроме гнездовых нор, где бобры выводят и воспитывают молодняк, есть подземные убежища, куда звери прячутся от опасности. Иногда убежища соединены с жилыми норами внутренними подземными переходами.