Текст книги "Почему у пингвинов не мерзнут лапы? И еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого"

3. Растения и животные

Пернатые и сон

«Почему птицы во сне никогда не падают с веток и насестов? Может, они вообще не спят?»

Грэм Форбс

Килмарнок, Эршир, Великобритания

Сухожилия на птичьих лапах хитроумно устроены. Сухожилие сгибателя от мышцы бедра проходит вниз через колено, продолжается ниже его, огибает щиколотку и уходит под пальцы. Это означает, что в состоянии покоя под тяжестью тела птицы ее колено сгибается, сухожилие натягивается и когти сжимаются.

Этот механизм действует настолько эффективно, что на ветках и насестах находят давно умерших птиц, продолжающих крепко сжимать когти.

Энн Брюс

Джирвен, Эршир, Великобритания

Нет, птицы спят. И не только на ветках, но и стоя на одной ноге. Мало того: птиц можно усыпить с помощью гипноза. С моей майной, говорящим скворцом, этот фокус удается.

Если захотите попробовать, приблизьте лицо очень близко к клетке с птицей и представьте, что вы гипнотизер, который внушает: «Ваши веки тяжелеют…» – только не произнося при этом ни слова. Ведите себя так, будто постепенно засыпаете, и птица последует вашему примеру: подожмет одну ногу, сунет голову под крыло и крепко уснет.

Это еще не все. Большинству хозяев домашних птиц известно, что достаточно изобразить ночную темноту и накрыть клетку одеялом, чтобы пернатый питомец уснул.

Дэвид Лекки

Хаддингтон, Восточный Лотиан, Великобритания

Птицы на самом деле спят, но продолжительному сну предпочитают краткий, «восстанавливающий силы». Известно, что стрижи умудряются подремать даже на лету. Птицы ориентируются в пространстве в основном благодаря зрению, поэтому по ночам они спят – разумеется, кроме ночных видов.

Сон болотных птиц зависит от приливов, а не от смены дня и ночи.

Некоторых птиц легко обмануть с помощью искусственного света. В ярко освещенных больших городах певчие птицы страдают бессонницей. Освещенный ипподром неподалеку от моего дома всю ночь создает эффект рассвета на горизонте, вынуждая черных дроздов и малиновок петь непрерывно начиная с двух часов ночи. Увы, не знаю, устают они от этого пения так же, как я, или нет…

Эндрю Скейлз

Дублин, Ирландия

Побег из аквариума

«Недавно мы понесли утрату и теперь хотели бы узнать, почему рыбки выпрыгивают из маленьких аквариумов».

Роуэн Уайт и Викки

Университет Восточной Англии, Норидж, Великобритания

Выпрыгивание рыбок из небольших аквариумов – проблема, известная большинству аквариумистов, и причина, по которой сверху аквариумы часто прикрывают стеклом.

Существует несколько теорий, объясняющих стремление рыбок выпрыгнуть из аквариума. Согласно одной из них, рыбки выскакивают из воды в попытке избавиться от наружных паразитов.

Авторы вопроса не указали вид и пол рыбок, которых они держали в аквариуме, но, возможно, одна из них выскочила из воды, чтобы спастись от преследования хищников, избежать неприятных столкновений с другими обитателями аквариума или даже покрасоваться перед своими сородичами – например, продемонстрировать какой-то ранее неизвестный брачный или территориальный ритуал.

Заодно примите мои искренние соболезнования.

Р. Розенберг

Стокгольм, Швеция

Для пленной рыбки воздух по другую сторону стенки аквариума похож на воду. А рыбья мудрость гласит, что по другую сторону вода всегда чище.

Джон Чепмен

Северный Перт, Западная Австралия

Бе-е-змозглые овечки

«Почему овцы убегают от машин всегда по прямой, не сворачивая в сторону?»

Алед Уинн-Джонс

Кембридж, Великобритания

Овцы и другие животные бегут перед машиной потому, что не понимают, что машине не взобраться на поросшие травой откосы дороги. В древности на овец охотились волки и крупные представители семейства кошачьих. При попытке овец свернуть в сторону хищник видел, что происходит, легко менял курс и перехватывал жертву, которая невольно подставляла ему уязвимый бок.

Но если жертва в последнюю минуту уворачивается, исход охоты может оказаться другим. Такой стратегией в совершенстве владеет заяц: когда борзая уже готова щелкнуть челюстями и схватить его, заяц делает рывок в сторону и пес промахивается, а если зайцу повезет, то его преследователь спотыкается и летит кувырком.

По крайней мере, инстинктивная реакция овец или зайцев на приближающийся автомобиль выглядит разумнее, чем реакция ежа.

Кристин Уормен

Клитероу, Ланкашир, Великобритания

Хищники преследуют травоядных, некоторое время бегут вровень с ними, а затем хватают за горло и убивают, поэтому их жертвы стараются повернуться к источнику угрозы хвостом и не отклоняются от прямого курса. Именно поэтому кенгуру, заметив приближающийся сбоку автомобиль, прыгает на дорогу прямо перед ним, чтобы машина осталась сзади. При таких маневрах кенгуру нередко погибают. Пока машина продолжает ехать следом за овцами, они будут пытаться опередить ее, двигаясь по прямой.

Дж. Карсанига

Сидней, Австралия

Овец явно недооценивают. Они не просто бегут по прямой: некоторое время они действительно бегут перед машиной, а потом резко сворачивают в сторону. Это не глупость, а совершенно логичные действия. Обычно овцы забредают на проезжую часть в сельской местности, где дороги окружены крутыми откосами, скалами, живыми изгородями, заборами, канавами. Овца понимает, что преодолеть препятствия на обочинах дороги ей не светит, пока машина следует за ней по пятам, – значит, остается только бежать по ровной дороге в надежде оторваться от преследующей машины.

А когда машина сбрасывает скорость, овца чувствует, что сумеет опередить ее даже в беге по пересеченной местности за пределами дороги, и сворачивает в сторону. И поскольку чаще всего эта тактика оказывается верной (большинство машин остается на дороге, а не съезжает с нее вслед за овцами), овцы и впредь продолжают вести себя так же. Что и требовалось доказать – согласно овечьей логике.

Ясно, что такой подход к безопасности на дорогах гораздо эффективнее человеческого. Люди редко пытаются обогнать приближающийся автомобиль, им свойственно сразу сворачивать в сторону. А поскольку большинство людей бегает быстрее овец, можно сделать вывод, что мы могли бы поучиться у этих животных логике.

Уильям Поуп

Таустер, Нортгемптоншир, Великобритания

Будучи умными животными, инстинктивно разбирающимися в психологии, овцы знают, что большинству водителей случается наезжать на животных, только если потом они могут сказать в свое оправдание: «Она выскочила на дорогу прямо под колеса, я даже не успел затормозить». Но среди них редко попадаются мерзавцы, способные намеренно преследовать живое существо, чтобы задавить его. Таким образом, бег по прямой имеет явные преимущества перед попытками свернуть в сторону.

Эрик Деккер

Кафедра крупного рогатого скота и овец, Национальный институт скотоводства,

Тьеле, Дания

Жареная рыба

«Наш молодой сосед спрашивает, что происходит, когда молния ударяет в воду. Правда ли, что вся рыба погибает? А как же пассажиры лодок с металлической обшивкой?»

Крис Купер

Кемпстон, Бедфордшир, Великобритания

Когда электрический разряд, например удар молнии, бьет по поверхности воды, электричество распространяется во все стороны.

Фронт распространения электричества в воде имеет полусферическую форму, следовательно, быстро рассеивает всю энергию молнии, которая в противном случае могла бы поджарить рыбу. Очевидно, при прямом попадании молнии в рыбу или в случае удара молнии в воду в непосредственной близости от рыбы последняя погибнет или серьезно пострадает.

При ударе молнии температура достигает нескольких тысяч градусов, молния способна испарить воду вблизи точки удара. В итоге возникает поверхностная ударная волна, которая превратит рыбу в месиво или оглушит ныряльщика на расстоянии порядка нескольких десятков метров.

Люди, находящиеся в металлической лодке вблизи места удара молнии, наверняка испытают на себе и первое, и второе его воздействие. Кроме того, металлическая обшивка проводит электричество гораздо лучше, чем вода, поэтому молния наверняка предпочтет ей лодку.

Эндрю Хили

Эшфорд, Миддлсекс, Великобритания

При ударе молнии безопаснее всего находиться внутри проводника – например, в лодке с металлической обшивкой или под водой (при условии, что вы – рыба).

В прошлом веке физик Майкл Фарадей доказал, что внутри проводника нет электрического поля. Он продемонстрировал это, войдя в проволочную клетку и подвергнув ее удару искусственной молнии. Все присутствующие, кроме самого Фарадея, были изумлены, когда он вышел из клетки невредимым.

Эрик Джиллис

Университет Глазго, Великобритания

Рыбки-пуклейки

«Почему рыбы не пукают?»

Кристин Каливоски

Брентвуд, Калифорния, США

Вероятно, автор вопроса решила, что рыбки не пукают, потому что никогда не видела, как из заднего прохода у них появляются пузырьки.

Однако у рыб в кишечнике образуются газы, они выводятся наружу, как у большинства животных. Разница – в упаковке.

Перед выводом из организма рыбы упаковывают свои испражнения в тонкую студенистую трубку. В ней содержится и весь газ, который образовался в пищеварительной системе или поступил в нее. Результат – фекалии в виде колбаски, которая или тонет, или всплывает. И поскольку многим рыбам свойственна копрофагия, эти колбаски в воде надолго не задерживаются.

Дерек Смит

Лонг-Саттон, Линкольншир, Великобритания

Я несколько раз видел, как мои цихлиды пускали газы – к неудовольствию моего угря.

Вероятно, дело в том, что рыбы заглатывают слишком много воздуха, пока жадно пожирают корм с поверхности воды. Если бы воздух не выводился из организма, он наносил бы рыбам серьезный ущерб.

Питер Хенсон

Университет Лондона, Великобритания

Плавучесть большинству акул обеспечивает липидный сквален высокой плотности, а обыкновенные песчаные акулы Eugomphodus taurus освоили технику пуканья как дополнительное средство для обеспечения плавучести. Акула выплывает на поверхность и заглатывает воздух, который попадает ей в желудок. После этого акула может выпускать воздух в нужных количествах, чтобы удерживаться на определенной глубине.

Александра Осман

Лондон, Великобритания

Ледяные лапы

«Почему в Антарктиде зимой у пингвинов не мерзнут лапы, несмотря на постоянное соприкосновение со льдом и снегом? Когда-то давно я слышала по радио, будто ученые обнаружили у пингвинов дополнительную систему кровоснабжения лап, не дающую им замерзать. Но никакой информации об этом или объяснений я нигде не нашла. Я пыталась выяснить у специалистов по пингвинам, правда ли это, но никто не смог мне ответить».

Сюзан Пейт

Эноггера, Квинсленд, Австралия

Как и другие птицы, живущие в холодном климате, пингвины приспособились почти не терять тепло и поддерживать температуру тела на уровне 40 °C. Поддержание температуры лап представляет серьезную проблему, так как их не покрывает защитный слой перьев или жира, а площадь поверхности ног велика (то же самое относится к полярным млекопитающим, например белым медведям).

В дело вступают два механизма. Во-первых, пингвины могут регулировать приток крови к лапам, меняя диаметр артерий, по которым поступает кровь. На холоде ее приток снижается, в тепле увеличивается. Такое же явление наблюдается и у людей: именно поэтому кисти наших рук и ступни белеют, когда нам холодно, и розовеют в тепле. Эта регуляция – чрезвычайно сложный механизм, в нем задействованы гипоталамус и разные органы нервной и эндокринной систем.

Кроме того, в верхней части лап у пингвинов есть «противоточный теплообменник». Артерии, подающие теплую кровь к лапам, разветвляются на множество мелких сосудов, которые соседствуют с таким же количеством вен, по которым холодная кровь уходит из лап. Тепло передается от теплой крови холодной, поэтому в ноги почти не по-ступает.

Зимой температура лап пингвинов на один-два градуса выше температуры замерзания: это помогает снизить до минимума потери тепла и избежать обморожения. Так же устроены лапы у гусей и уток, но, если несколько недель подержать их в тепле, а потом выпустить на снег и лед, лапы могут к ним примерзнуть. Дело в том, что физиологически птицы успевают адаптироваться к теплу, приток крови к ногам практически прекращается, а температура ног падает ниже точки замерзания.

Джон Дейвенпорт

Морская биологическая станция, Университет

Миллпорт, остров Камбра, Великобритания

Насчет дополнительной системы кровообращения ничего не могу сказать, но феномен холодных лап у пингвинов можно отчасти объяснить любопытными биохимическими причинами.

Реакция кислорода с гемоглобином относится к сильным экзотермическим: когда молекула гемоглобина присоединяется к кислороду, выделяется определенное количество тепла. Как правило, такое же количество тепла поглощается в обратной реакции, когда от гемоглобина отделяется кислород. Но поскольку окисление и вытеснение кислорода происходит в разных отделах организма, изменение параметров молекулярной среды, например кислотности, может привести к избыточной потере или накоплению тепла.

Количество тепла может варьироваться у разных существ. Организм антарктических пингвинов устроен так, что в морозы ткани периферийных органов, в том числе лап, выделяют меньше тепла, чем человеческие стопы. У этого явления есть два преимущества. Прежде всего, в гемоглобин птиц попадает меньше тепла при вытеснении кислорода, поэтому вероятность замерзания лап заметно снижается.

Еще одно преимущество – следствие законов термодинамики. При любой обратимой реакции, в том числе при поглощении или вытеснении кислорода гемоглобином, низкие температуры способствуют развитию реакции в экзотермическом направлении и препятствуют развитию в обратном. Следовательно, при низких температурах кислород активнее поглощается гемоглобином большинства живых существ и отделяется от него с трудом. Сравнительно низкое количество тепла означает, что в холодных тканях соединение гемоглобина с кислородом не достигает уровня, при котором кислород не может отделиться от него.

Изменение количества тепла у разных видов живых существ – еще одно любопытное следствие. У некоторых антарктических рыб тепло обычно выделяется при высвобождении кислорода. В крайнем проявлении это наблюдается у тунца, который при отделении кислорода от гемоглобина выдает столько тепла, что может поддерживать температуру тела, примерно на 17 °C превышающую температуру окружающей среды. Значит, тунец вовсе не хладнокровный!

Обратное явление наблюдается у животных, которым необходимо снижать количество тепла из-за чрезмерной метаболической активности. При окислении гемоглобина количество тепла в организме мигрирующей водяной курочки превышает этот же показатель в организме простого голубя. Поэтому курочка может преодолевать большие расстояния и не перегреваться.

И наконец, эмбрионам необходимо куда-то девать тепло, а единственное звено, которое связывает их с внешним миром, – кровеносная система матери. Снижение количества тепла при окислении гемоглобина эмбриона по сравнению с гемоглобином матери приводит к тому, что при выходе кислорода из крови матери тепла поглощается больше, чем выделяется при окислении гемоглобина эмбриона. Таким образом, тепло попадает в кровеносную систему матери и уносится от эмбриона.

Крис Купер и Майк Уилсон

Университет Эссекса, Колчестер, Великобритания

Полеты на плавниках

«Почему летучие рыбы летают? Спасаются от хищников, ловят в воздухе насекомых или просто полеты для них – более эффективный способ передвижения, чем плавание? Или существует совершенно иная причина?»

Джулиан Картрайт

Пальма-де-Майорка, Испания

Обычно полеты летучих рыб объясняют бегством от хищников, особенно от стремительных дельфинов. Рыбы выскакивают из воды не для того, чтобы ловить насекомых: летучие рыбы живут в открытом океане, а над большими водными пространствами насекомые летают редко.

Было высказано предположение, что рыбы летают (на самом деле парят, так как «крыльями» они не машут), чтобы сэкономить энергию, но для энергичных взлетов требуется активная работа белых анаэробных мышц, заставляющих хвост совершать 50–70 движений в секунду. Эти действия сопряжены с огромными затратами энергии.

Роговица глаза летучих рыб снабжена плоскими фасетками, поэтому рыбы видят и в воде, и в воздухе. Наблюдения позволяют предположить, что рыбы способны выбирать места «приземления». Возможно, так они перебираются в места, богатые пищей, но эта гипотеза пока не получила подтверждения.

Несомненно, бегство от хищников – главная причина полетов, именно поэтому рыб так часто видят улетающими от кораблей и лодок, которые рыбы считают источниками угрозы.

Джон Дейвенпорт

Морская биологическая станция, Университет

Миллпорт, остров Камбра, Великобритания

Строго говоря, летучие рыбы не летают, а скользят по воздуху; движения хвостового плавника выталкивают их из воды. Скольжение продлевается за счет быстрых движений чрезмерно развитых грудных плавников, благодаря которым дальность прыжка достигает 100 метров. Единственная цель этой деятельности – бегство от хищников. Всякий, кто сможет оторвать взгляд от чудесного и неожиданного зрелища – радужной рыбы в воздухе, – заметит, что под водой ее преследует другая, более крупная рыба.

Тим Харт

Ла Гомера, Канарские острова, Испания

Я видел в воздухе целые косяки летучих рыб, удирающих от тунцов, а несколько минут спустя – косяки тунцов, которые пытались повторить тот же акробатический трюк, потому что дельфины были не прочь полакомиться ими.

Пройдя утром по палубе океанской яхты, можно со-брать полную сковороду летучих рыб на завтрак. Видимо, эти рыбы инстинктивно выскакивают из воды, чтобы спастись от хищника (за него рыбы принимали яхту), но в темноте не видят, куда летят, и плюхаются на палубу. Днем рыбы редко падают на палубу яхты. Опаснее всего попадание летучей рыбы в рулевую рубку: в темноте они могут с силой ударить зазевавшегося рулевого в висок.

Дон Смит

Кембридж, Великобритания

Грибы-силачи

«Неподалеку от нашего дома прямо на тротуаре растут поганки, выломавшие довольно большие куски асфальта. Каким образом этим мягким, мясистым грибам удается пробить слой асфальта толщиной 5 сантиметров?»

Джон Франклин

Лондон, Великобритания

Поганки, прорастающие через асфальт, – вероятно, серые навозники (Corpinus), выросшие на растительном мусоре. Они пробивают асфальт потому, что их ножки функционируют как вертикальные гидравлические домкраты.

Давление, направленное вверх, обусловлено избыточным тургорным давлением отдельных клеток, составляющих стенки полой ножки гриба. Каждая клетка растет как вертикальная колонна, новый клеточный материал размещается по ее длине.

Основной структурный компонент клеток – пустотелое спиральное образование волокон хитина вокруг оси клетки. Эти волокна хитина встроены в связующие вещества, из которых состоят стенки. Хитин – чрезвычайно прочный биополимер (из него также состоят экзоскелеты насекомых), он придает клеткам стенок гриба устойчивость к поперечному сдавливанию, поэтому распределение внутреннего давления происходит по вертикали. Благодаря явлению осмоса вода попадает в стенки, в результате избыточное тургорное давление создает вертикально действующую силу, так гриб и пробивается через асфальт.

Этот феномен впервые исследовал 75 лет назад Реджинальд Буллер: меняя нагрузку, он измерил подъемную силу гриба, вытянутого внутри стеклянной трубки. По расчетам Буллера, направленное вверх давление гриба составило около 2/3 атмосферы.

Клетки снабжены чувствительным к гравитации механизмом, благодаря которому гриб растет строго вертикально. Если положить гриб набок, он быстро переориентируется и снова будет тянуться вверх.

Грэм Гудей

Университет Абердина, Великобритания

Пятисантиметровый слой асфальта – несущественное препятствие для гриба-силача. В Бэсингстоуке был найден большой лохматый белый навозник (Coprinus comatus), который поднял тротуарную плиту размером 75 × 60 см на 4 сантиметра над уровнем тротуара всего за 48 часов.

С давних времен грибы часто находили возле литейных цехов, чаще всего на конском навозе, с которым смешивали формовочную глину. Сообщалось даже, что эти грибы способны приподнимать тяжелые литые заготовки. Предположительно речь идет о дикорастущих грибах, например шампиньонах обыкновенных (Agaricus campestris). Однако для всех видов грибов действующий механизм одинаков: речь идет о гидравлическом давлении.

Как обнаружил Буллер, причудливый и хрупкий навозник Coprinus sterquilinus создает вертикальное давление силой около 250 граммов при диаметре ножки 5 миллиметров, поэтому неудивительно, что более крепкие виды ломают асфальт.

Ричард Скрейз

Грибная ферма,

Бат, Сомерсет, Великобритания