Текст книги "Занимательная физиология"

Крокодиловы слезы

Ласковое теплое море лениво катит к берегу свои волны. Среди подступивших к самой воде поросших лесом скал весь день пасутся олени. Они спускаются сюда, чтобы в густой тени раскидистых дубов и сосен насладиться прохладой легкого ветерка. Море плещется у самых ног рогатых красавцев, но вряд ли оно их привлекает. Когда приходит час идти к водопою, олени карабкаются высоко в горы в поисках крохотных ямок с мутноватой, не очень свежей водой, остатка родничков, начисто пересыхающих летом.

Ни один олень не спускается к морю, чтобы утолить свою жажду! Да и не только олень. Тысячами километров тянется извилистая прибрежная линия материков, окруженных со всех сторон океанами. И нигде не пересекается звериными тропами: ни один зверь на земле не спускается к морю, чтобы утолить жажду.

Люди, потерпевшие кораблекрушение среди необозримых пространств океанской соленой воды, гибнут от жажды. Морская вода для питья непригодна, в ней растворено слишком много солей, 35 граммов в литре, из которых 27 обычной поваренной соли.

Почему же нельзя пить морскую воду?

Взрослому человеку необходимо до 3 литров в сутки, включая, конечно, и воду, содержащуюся в пище. Если пить морскую воду, вместе с ней в организм ежедневно будет вводиться около 100 граммов солей. Попади они все разом в кровь, произойдет катастрофа. Обычно кровь освобождается от избытка солей, как только их количество превысит норму.

Главную работу по очистке крови выполняют почки. За сутки взрослый человек выделяет полтора литра мочи, около половины полученной организмом за день воды, одновременно освобождаясь от натрия, калия, кальция и других вредных веществ. К сожалению, концентрация этих солей в океанской воде значительно выше, чем в моче. Поэтому, чтобы вывести из организма соли, поступившие с морской водой, потребовалось бы гораздо больше воды, чем ее было выпито.

Как же живут морские рыбы и звери? Где они находят пресную воду?

Оказывается, находят. Кровь и тканевые жидкости рыб и других позвоночных животных содержат очень немного солей. Поэтому все морские хищники вместе с пищей получают и значительное количество вполне пригодной для питья воды. Эти жидкости вполне пригодны и для человека, на что впервые обратил внимание французский врач А. Бомбар.

Ежегодно тысячи людей, потерпев кораблекрушение, гибнут от голода и жажды. Бомбар проделал смелый эксперимент, чтобы доказать: все необходимое для жизни человека в океане есть и потерпевшие кораблекрушение могут остаться живы, если сумеют воспользоваться его дарами. Для этого он отправился через Атлантический океан в небольшой резиновой лодочке, питаясь по дороге пойманной рыбой и мельчайшими беспозвоночными животными, а вместо воды пил жидкость, выжимаемую из тела рыб. Ему удалось за 65 дней пересечь океан, проделав путь из Европы в Америку. И хотя подобный способ питания значительно подорвал здоровье ученого, он доказал возможность жизни человека в океане.

Невольно напрашивается вопрос: откуда берут пресную воду морские рыбы? Оказывается, у них есть чудесный опреснительный аппарат. Это не почки. У рыб почки небольшие, плохо развитые и в выведении солей из организма участия почти не принимают. Опреснительное устройство находится в жабрах. Специальные клетки захватывают из крови соли и вместе со слизью в сильно концентрированном виде выводят наружу.

Нелегко добывать пресную воду и морским птицам. Буревестники и альбатросы живут в открытом океане, далеко от берегов. На суше они появляются раз в год, только чтобы вывести птенцов. Бакланы, кайры, многие чайки, хотя и живут в прибрежной зоне, никогда не пьют пресной воды. Раньше думали, что они довольствуются тканевой жидкостью своих жертв. А оказывается, они охотно пьют морскую воду и многие даже не могут без нее обходиться. В зоологических садах уже давно замечали, что эти птицы в неволе не живут. Зоологи удивлялись: нежные, крошечные колибри переносят неволю; попугаи, страусы, орлы и совы хорошо живут в клетках, а чайки быстро гибнут. Решили, что в тесных клетках морские красавицы скучают по океанским просторам. Но не тоска по морю, не тесные клетки оказались причиной гибели птиц. Просто птицам не хватало солей. Когда пищу им начинали подсаливать, чайки веселели и превосходно жили.

Есть чудесные опреснители у морских птиц и рептилий. У них это тоже не почки, а носовая, или, как ее теперь называют, солевая железа. У птиц она расположена по верхнему краю глазницы, а ее выводной проток открывается в полость носа. Концентрация натрия в жидкости, выделяемой железой, в пять раз больше, чем в крови, и в два-три раза больше, чем в океанской воде. Жидкость вытекает из носовых отверстий и повисает на кончике клюва в виде крупных прозрачных капель, которые птица время от времени стряхивает. Если морскую птицу накормить очень соленым кормом, через 10–12 минут из ее носа начнет капать. Такое впечатление, будто у нее сильный насморк.

У морских рептилий: черепах, змей, ящериц – выводной проток солевой железы в отличие от птиц открывается в угол глаза, а секрет стекает наружу. Давно уже люди обратили внимание, что крокодилы умеют плакать крупными прозрачными слезами. Съев очередную жертву, крокодил якобы оплакивает ее. Отсюда возникло крылатое выражение «крокодиловы слезы», как символ высшего лицемерия. И только в наши дни стала ясна их причина: так организм крокодила освобождается от излишка солей, поступивших с водой и пищей.

Круглый год странствуют морские черепахи по теплым морям и океанам. Лишь раз в год, темной ночью, в положенное для этого время, выходят самки на песчаные пляжи, чтобы зарыть в укромном местечке кучки отложенных тут же яиц. Возвращаясь обратно в море, черепахи горько плачут, роняя на сухой песок крупные соленые слезы. Грустят ли они, расставаясь с родными местами, где сами когда-то вывелись из яиц? Оплакивают ли брошенное на произвол судьбы потомство? Нет, конечно. Просто их солевые железы заняты своей обычной работой – удалением из организма солей. Это для них обычное состояние. Морские черепахи – самые большие плаксы нашей планеты, но разве в воде слезы заметишь? Вот почему люди так поздно раскрыли секрет солевой железы.

Пьют ли рыбы?

Как вы думаете, рыбы пьют? Я уже вижу вашу улыбку. Ведь стоит рыбе открыть рот, и он полон воды.

А вместе с пищей неизбежно, хочет того рыба или нет, известное количество воды попадает в желудок. Достаточно ли ее? Испытывают ли рыбы жажду? На эти вопросы ученые давно нашли ответ.

Современные рыбы освоили все природные водоемы, но каждый вид может жить только в привычных для него условиях. Переходить из пресной воды в соленую и обратно без вреда для собственного здоровья могут очень немногие. Виртуозами в этой области можно считать угрей. Они полжизни проводят в соленой воде, а другую половину – в пресной. Что же мешает рыбам свободно переходить из одной воды в другую? Кожные покровы, покровы полости рта, жабр и других частей тела, а также оболочки отдельных клеток всех органов и тканей рыбы проницаемы для воды. Она свободно сквозь них просачивается, а для солей и большинства других веществ эти оболочки непроницаемы.

Куда же будет просачиваться вода: в водоем или из водоема? Это зависит отнюдь не от того, где ее больше. Управляет процессом диффузии осмотическое давление растворов, которое создается растворенными в них веществами. Чем их больше, тем выше осмотическое давление и тем сильнее раствор всасывает в себя воду. В пресной воде оно практически равно нулю, а в крови и тканевых жидкостях рыб много солей и белковых веществ, которые создают осмотическое давление, равное 6–10 атмосферам. С этой силой и сосет организм пресноводных рыб воду, которая извне интенсивно поступает в их тело. Если бы у них не существовало приспособлений для быстрого выведения из организма ее излишков, тело быстро бы разбухало и животное погибало. Таким образом, у пресноводных рыб никогда не возникает потребности пить воду. Им хватает забот о том, как избавиться от проникающей со всех сторон воды.

Другое дело их родственники – морские костистые рыбы. В морской воде солей гораздо больше, чем в тканях рыб. Осмотическое давление океанской воды равно 32 атмосферам, тогда как в организме морских костистых рыб оно достигает всего 10–15. Поэтому ненасытный океан с жадностью сосет воду из их тел. Возникает на первый взгляд парадоксальное явление: морская вода способна подсушивать плавающих в ней рыб. Не удивительно, что они всегда испытывают жажду.

Не все морские рыбы пьют воду. Самые древние из них, акулы и скаты, которые, видимо, раньше костистых рыб переселились в океан, иначе приспособились к жизни в соленой воде. Они научились сохранять в крови довольно вредное вещество – мочевину, от которой все другие животные спешат как можно скорее избавиться. Для этого им пришлось одеть жабры в специальную оболочку, непроницаемую для мочевины. Осмотическое давление крови акул и скатов значительно выше, чем морской воды. Их тела точно так же, как и у пресноводных рыб, сосут воду из океана, поэтому акулы и скаты озабочены только тем, как от нее избавиться.

Этот же принцип позаимствовала у акул и лягушка-крабоед, которую недавно обнаружили ученые в Юго-Восточной Азии. Из всех амфибий она одна приспособилась к жизни в соленой воде. Правда, икру эти лягушки по-прежнему мечут в пресную воду, но, когда лягушата подрастут, они уходят в море, где питаются крабами. Как и акулы, лягушки сохраняют в крови мочевину, но только делают это произвольно: прежде чем перейти в морскую воду, запасаются мочевиной, когда уходят в пресную – освобождаются от ее избытка. Поэтому, где бы они ни жили, этим лягушкам, как и остальным их сородичам, нет необходимости пить воду.

Нельзя ли отжать воздух?

Давно уже зоологи заметили, что некоторые животные пустынь, которые у себя на родине никогда не видели водоема даже размером в столовую ложку, в неволе охотно и много пьют. Оставалось загадкой, как они обходятся без воды на воле. Может, пустыня не так безводна, как это кажется на первый взгляд? А нельзя ли и там добыть воду?

Прежде чем ответить на эти вопросы, посмотрим, откуда берут воду люди, живущие в безводных местностях.

Кому из вас посчастливилось побывать в Крыму? Десятки домов отдыха, санаториев, отелей разместились на узкой полоске земли Южного берега Крыма, сжатой с двух сторон горами и морем. Сюда с наступлением лета устремляются тысячи отдыхающих. Никто из них и не подозревает, сколько забот и волнений выпадает на долю работников городского хозяйства, сколько труда приходится вложить, чтобы из водопроводного крана постоянно струилась вода, чтобы всегда можно было принять ванну, помыться, сварить обед. Ведь на Южном берегу Крыма нет больших рек и озер. Здешние речки в начале лета пересыхают.

Воду в Крыму начинают запасать еще осенью, когда часто идут дожди. Ее собирают в наземные водохранилища и в огромные, скрытые под землей резервуары и хранят до наступления лета. И все же воды не хватало, пока через горы не пробили туннель, по которому на побережье потекла целая речка.

Еще несколько десятков лет назад не было возможности возводить подобные сооружения. Но древние жители Крыма обходились и без них. Они умели добывать воду прямо из воздуха. Как ни сух воздух Крыма, в нем всегда есть немного водяных паров. Ведь море рядом! О том, как эту воду много веков назад извлекали из воздуха, удалось выяснить археологам.

В Восточном Крыму около города Феодосии была найдена усадьба средневекового вельможи. На ее территории обнаружили удивительное сооружение – большую, выложенную камнем площадку с каменными пирамидальными сооружениями на ней. Внутри пирамид находились многочисленные ходы и полости. Из горячего морского воздуха, который проникал в пирамиды, на ее внутренних холодных стенках выпадала роса. Они «запотевали», как оконные стекла в холодную погоду. Мельчайшие капельки росы, сливаясь, собирались в более крупные и стекали по стенкам, а затем по специальному желобу в подземный бассейн.

Так можно добывать воду всюду, даже в самых жарких и безводных пустынях, хотя, конечно, из сухого воздуха много воды не извлечешь. И все-таки даже в безводных пустынях под нагромождениями камней по ночам выпадают капельки росы. Проникая в глубь песка, воздух и там оставляет хотя бы ничтожные количества влаги. Впрочем, не всегда ничтожные.

В песках самой западной части пустыни Каракум чудесно растут арбузы. Растут без всякого полива. В этой части пустыни очень мало источников пресной воды. Зато ветер с залива Кара-Богаз-Гол приносит в пустыню влажный воздух. Остывая ночью, он оставляет столько воды, что в иные дни она не успевает вся впитываться в песок и ее можно собирать в сосуды, поставленные на дно глубоких ям.

Видимо, многие животные пустынь умеют находить в расщелинах скал, в глубоких норах выпадающую по ночам росу и широко ею пользуются.

Кенгуровая крыса, жительница безводных австралийских пустынь, умеет извлекать воду даже из почвы. Питается этот интересный зверек семенами различных растений, которые высыхают так, что практически влаги не содержат. Собранные сухие семена крыса сразу не ест, а переносит в нору в своих удивительных защечных мешках.

Шерсть у кенгуровых крыс растет не только на морде, но и в полости рта, предохраняя защечные мешки от просачивания в них слюны. Это приспособление обеспечивает строжайшую экономию влаги. Собранные на поверхности земли совершенно сухие семена складываются в глубоких норах. Если в почве есть хоть немного влаги, семена начнут ее впитывать. Ведь осмотическое давление сухих семян равняется 400–500 атмосферам! Вот с какой силой сосут они воду! Только после обогащения семян водой кенгуровая крыса их съест.

Еще лучше устроилась удивительная колючая ящерица молох, жительница жарких безводных пустынь Австралии. Все тело ее покрыто острыми выростами и шипами. Это страшилище известно давно, но долгое время ученые полагали, что колючки служат ящерице лишь для защиты от врага. Теперь выяснилось, что они имеют и другое, не менее важное назначение. Роговой слой кожи молоха пронизан бесчисленными порами, которые открываются наружу в бороздах между колючками. Если на кожу ящерицы капнуть каплю воды, она тотчас же впитается в поры, но не сможет проникнуть внутрь тела: глубокие слои пор не содержат. Поры расположены так, что у воды остается единственный путь – двигаться внутри кожи в сторону головы. Здесь система капиллярных пор заканчивается в небольших пористых подушечках, куда и собирается вода. Подушечек две. Они расположены в уголках рта молоха. Если в подушечках есть вода, молоху стоит только подвигать челюстями, и из каждой подушечки прямо в рот выдавится по капле влаги.

Пить молоху не нужно. Даже если ящерица встретит в пустыне источник, ей достаточно окунуться. Так быстрее, и в кожу воды попадает больше, чем ящерица могла бы выпить. В коже создается как бы склад воды.

К тому же колючки молоха значительно холоднее кожи. По ночам на них оседают мельчайшие капельки росы и тотчас же впитываются в кожу. Молох сосет воду прямо из воздуха!

Фабрика воды

Нещадно палит полуденное солнце над необозримыми просторами пустынь. Днем песок накаляется так, что, если ступить на него босиком, можно получить ожог. Ни одного живого существа не видно. Да и откуда быть жизни, если на десятки, на сотни километров вокруг нет никакой воды?

И все-таки жизнь в пустыне есть. Чтобы это увидеть, надо попасть туда на рассвете, пока утренний ветерок не зашевелил легкие сыпучие пески. Куда ни кинь взор: по склонам песчаных холмов и между ними – всюду замысловатое кружево бесчисленных следов. Вот протащила свой панцирь медлительная черепаха, там – два ряда мелких точек, а между ними глубокая бороздка, оставленная хвостом, – след какой-то небольшой ящерицы. Эти далеко расположенные друг от друга кучки следов – результат прыжков стремительного тушканчика. А вот те, крупные, принадлежат джейрану. Оказывается, ночью пустыня жила полной жизнью, и только дневной зной заставил все живое спрятаться.

Но как существуют животные в этой бесплодной местности? Как приспособились к недостатку воды?

Многие обитатели пустынь: антилопы, суслики, песчанки, тушканчики, черепахи – вообще никогда не пьют или могут подолгу обходиться без воды. Воду им заменяют зеленые растения. Весной или после дождя пустыня на короткий срок оживает, все зеленеет и цветет. А когда под палящими лучами солнца пожелтеют, поникнут травы, животные выкапывают из песка луковички тюльпанов и других растений. В защищенных от солнца кожистыми чешуйками луковичках много влаги. Хищники тоже не бедствуют, они получают воду, поедая травоядных животных. И все же обеспечить себя водой нелегко; не удивительно, что большинство обитателей пустынь обзавелись собственной фабрикой для изготовления воды и складами необходимого для ее производства сырья.

Собственно, такая фабрика есть у всех животных нашей планеты, в том числе и у человека. Во время работы в клетках нашего организма как источник энергии «сжигаются» углеводы и жиры. При их полном «сгорании» образуется два продукта: углекислый газ и вода. Углекислый газ очень вреден, он сразу же выводится наружу, а вода используется на нужды организма. Из 1 грамма углеводов образуется 0,56 грамма воды, из жиров – 1,07 грамма. В теле взрослого человека в сутки синтезируется 300 граммов воды.

Для человека это пустяк, для некоторых животных такой способ получения воды является единственным. Дрофы-красотки, жаворонки, песчанки, некоторые мыши и другие грызуны могут подолгу обходиться без воды, а многие из них вообще никогда не пьют, питаясь высохшими стеблями травы и семенами растений, которые практически влаги не содержат. Вся необходимая им вода образуется при окислении жиров и углеводов, содержащихся в пище.

Наиболее удобное сырье для производства воды – жиры и углеводы, потому что при их «сгорании» в организме, кроме воды и углекислого газа, никаких вредных веществ не образуется. Запасать же их удобнее. Способностью накапливать большие количества жира обладают все обитатели сухих степей и пустынь: змеи и ящерицы, антилопы, жирафы, зебры, львы, страусы.

Жир животных откладывается в специально предназначенные для этого места. Под кожей его не бывает, иначе животные гибли бы от перегревания. У верблюда склады в горбах. Горб не для красоты и не для того, чтобы удобнее было ездить верхом. Горб болтается на спине, а вся остальная поверхность тела свободна от жира, и верблюду не жарко.

Часто под склад используется хвост. Склад в этом случае тоже находится, так сказать, на отшибе. У тушканчиков и песчанок жир откладывается в основании хвоста. Очень большие запасы жира в хвосте гигантских ящериц – варанов. Еще больше у курдючных овец. У них по обе стороны хвоста есть по два больших выроста – курдюка. Запасы жира очень велики: у верблюда его может быть 110–120 килограммов, в бараньих курдюках – 10–11.

Если животное попадает в неблагоприятные условия, когда воды взять неоткуда, срочно начинается ее производство из запасенного жира. Верблюд может прожить без воды 45 дней, причем первые 15 он будет нормально работать и съедать обычную порцию абсолютно сухого сена.

Такой способ производства воды очень удобен, ведь при окислении жира образуется большое количество энергии, которая используется организмом и может дать ему возможность обходиться без пищи. Кстати, многих жителей пустынь потому в неволе жажда и мучает гораздо сильнее, чем в их родных песках, что здесь у них резко сокращено производство воды. На родине им каждый день приходится выходить на охоту. Сколько нужно побегать, сколько затратить энергии, чтобы досыта наесться! А вы уже знаете, что все жиры, все углеводы, которые тратятся на работу мышц, в конечном итоге превращаются в воду.

Не только обитатели пустынь живут за счет химического производства воды. Когда организм вообще лишен возможности пополнить ее запасы, единственным источником служит окисление жиров: не удивительно, что в яйцах птиц много жира. Он расходуется в качестве источника энергии, и из него же образуется значительное количество воды.

Конечно, жизнь в пустыне оказалась возможной не только потому, что ее жители приобрели умение вырабатывать воду химическим путем, добывать из воздуха и находить ее ничтожные количества в песке и камнях. Не менее важно, что они научились прятаться днем от жары, что у них есть приспособления, мешающие воде организма испаряться, и, пожалуй, самое главное – умение экономно расходовать воду. Без этих приспособлений жизнь в пустыне была бы невозможной.