Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 18)

Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры. Их называют гомойотермными (греч. homoios-подобный) или, что менее правильно, теплокровными. Гомойотермные животные относительно мало зависят от внешних источников тепла, так как благодаря высокой интенсивности обмена у них вырабатывается достаточное количество тепла, которое может сохраняться. Поскольку эти животные существуют за счет внутренних источников тепла, их называют также эндотермными. У некоторых пойкилотермных животных температура тела иногда может быть выше, чем у гомойотермных; поэтому, чтобы избежать путаницы, мы будем пользоваться терминами "эктотермный" и "эндотермный". На рис. 18.9 показана способность некоторых позвоночных регулировать температуру тела при различных температурах окружающей среды.

Рис. 18.9. Зависимость между окружающей температурой и температурой тела у позвоночных после двух часов пребывания при указанных температурах

18.2.6. Температура тела

Когда говорят о температуре тела животного, обычно имеют в виду температуру внутренних областей тела, т. е. тканей, лежащих глубже 2,5 см под поверхностью кожи. Такую "внутреннюю" температуру обычно измеряют в прямой кишке. В других участках тела температура может сильно варьировать в зависимости от их локализации и от наружной температуры (рис. 18.10).

Рис. 18.10. Температура кожи на разных расстояниях от точки X, расположенной у верхнего края таза. В течение всего периода исследования температура воздуха составляла 19°С. Низкая температура в области коленной чашки отражает, очевидно, более слабое кровоснабжение этого участка

Хотя основные источники тепла у эктотермных и у эндотермных животных различны, способы теплообмена между организмом и окружающей средой у них одинаковы и включают излучение, конвекцию, теплопроводность и испарение. С помощью первых трех способов тепло может передаваться в любом направлении в зависимости от температурного градиента (от более теплого к более холодному), но при четвертом способе организм может только терять тепло.

Излучение. При излучении тепло переносится в виде электромагнитных волн длинноволновой инфракрасной части спектра, лежащей за пределами видимой его части. Тела не просто излучают тепло в окружающий воздух (так как он не может поглотить много излученного тепла), а передают его другим телам со скоростью, пропорциональной разности температур между двумя телами. У человека на излучение приходится около 50% общей теплоотдачи, и этот способ служит главным регулируемым путем теплоотдачи у животных.

Конвекция. При этом способе тепло передается от организма окружающей среде через воздух. У эндотермных животных температура тела обычно бывает выше окружающей температуры, поэтому воздух, находящийся в контакте с телом, быстро нагревается, поднимается вверх и замещается более холодным воздухом. Скорость передачи тепла этим способом зависит от скорости движения воздуха около поверхности тела. Этот вид теплоотдачи может быть уменьшен за счет материалов, покрывающих кожу, таких, как перья, мех, волосы и одежда.

Теплопроводность. В этом случае тепло передается при физическом контакте между телами, например между организмом и землей. У большинства наземных животных этот способ составляет незначительную часть от общего теплообмена, но у водных животных и у животных, живущих в земле, его доля может быть весьма существенной.

Испарение. При испарении тепло теряется с поверхности тела в процессе превращения воды в водяной пар. На испарение 1 мл (1 г) воды затрачивается 2,45 кДж тепла. Вода непрерывно теряется путем испарения через кожу и в легких с выдыхаемым воздухом. Эта неощутимая потеря воды не регулируется, а между тем она служит лимитирующим фактором для распространения многих видов растений и животных.

Существует также регулируемая форма испарения, которая заключается в потере воды при потоотделении и тепловой одышке.

18.3. Эктотермные животные

Большинство животных относится к эктотермным, и их активность зависит от температуры окружающей среды. Для эктотермных животных характерна низкая интенсивность обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла. Водные эктотермные животные живут в ограниченном интервале температур — в зоне переносимости, определяемой размером водоема, в котором они обитают. Например, температура воды в пруду иногда значительно варьирует на протяжении года, тогда как температура океана может меняться всего лишь на несколько градусов. Несмотря на широкие пределы температурных колебаний в малых водоемах, стадии личинки и куколки (или же нимфы) многих насекомых проходят в воде, так как температура здесь более стабильна и в зимние месяцы понижается не так сильно, как на поверхности суши. У поденок, стрекоз, ручейников и многих двукрылых насекомых диапауза проходит в воде (разд. 21.10.1).

Благодаря относительной простоте строения и физиологии водные беспозвоночные способны переносить более сильные колебания температуры, чем водные позвоночные. У рыб интенсивность метаболизма выше, чем у водных беспозвоночных, но большая часть эндогенного тепла быстро рассеивается по всему телу и передается в окружающую среду через жабры и кожу. В связи с этим рыбы имеют обычно такую же температуру, как окружающая вода. Температура тела у рыб не может быть ниже температуры воды, но в некоторых случаях бывает выше, как, например, у тунца. Тепло в этих случаях удерживается в теле благодаря противоточной системе теплообмена, и температура "красной" плавательной мускулатуры может подниматься на 12° выше температуры морской воды.

Наземным эктотермным животным приходится сталкиваться с более резкими колебаниями температуры, чем водным, но зато они имеют возможность жить при более высокой температуре внешней среды. Это позволяет им быть более активными и осуществлять ряд сложных поведенческих реакций, определяемых температурными условиями. Многие из наземных эктотермных видов способны поддерживать температуру несколько выше или ниже, чем температура воздуха, и таким образом избегать крайностей. Сравнительно малая теплопроводность воздуха уменьшает у этих животных теплоотдачу, а для охлаждения организма может использоваться потеря воды за счет испарения.

18.3.1. Регуляция температуры тела у наземных эктотермных животных

В процессе поведенческой и физиологической активности наземные эктотермные животные поглощают и выделяют тепло. Главными источниками тепла для них служат поглощаемое ими солнечное излучение и соприкасающиеся с телом воздух и земля. Количество поглощенного тепла зависит от цвета покровов организма, величины его поверхности и положения по отношению к солнечным лучам. Так, например, один вид австралийских прямокрылых имеет темную окраску, так что тело поглощает солнечный свет и благодаря этому быстро нагревается. Когда температура тела достигает оптимума, кутикула светлеет и поглощение света уменьшается. Как полагают, это изменение окраски обусловлено прямой реакцией пигментных клеток на температуру.

Изменение ориентации организма по отношению к солнечным лучам приводит к изменению обогреваемой поверхности тела. Такой способ терморегуляции характерен для многих наземных эктотермных животных, включая насекомых, паукообразных, амфибий и рептилий; это так называемая поведенческая терморегуляция. Например, пустынная саранча Schistocerca относительно мало активна при 17 °С, но, расположившись под прямым углом к направлению солнечных лучей, способна поглощать тепловую энергию. Когда температура воздуха повышается примерно до 40°С, насекомое меняет положение и располагается параллельно солнечным лучам, чтобы уменьшить обогреваемую поверхность тела. Дальнейшее повышение температуры тела, которое может привести к гибели, предотвращается тем, что саранча приподнимается над землей или взбирается на растения. Температура воздуха быстро снижается уже на небольшом расстоянии от поверхности земли, и такое поведение помогает насекомому обеспечить себе более благоприятный микроклимат (разд. 12.4.4).

Крокодилы, находясь на суше, тоже регулируют температуру тела, меняя положение по отношению к солнцу и разевая пасть, чтобы увеличить теплоотдачу путем испарения. Если становится слишком жарко, они переходят в воду, которая остается более прохладной, чем суша. Ночью же, наоборот, крокодилы погружаются в воду для того, чтобы избежать воздействия более прохладного теперь воздуха.

Особенно широко изучался механизм терморегуляции у ящериц. При изучении многих видов были обнаружены разнообразные реакции на изменения температуры. Ящерицы — наземные рептилии. Им свойственно множество форм поведения, общих для всех эктотермных животных; кроме того, некоторые виды ящериц, например австралийский варан, используют ряд физиологических механизмов, позволяющих им разогреваться и поддерживать температуру выше уровня окружающей среды. Другие виды рептилий способны удерживать температуру тела в ограниченных пределах, изменяя свою активность, прячась в тени или вылезая на солнце. В обоих этих случаях ящерицы предвосхитили многие механизмы терморегуляции, существующие у птиц и млекопитающих.