Текст книги "Сотворенная природа глазами биологов"

Нелетающие птицы

В качестве нелетающих птиц рассмотрим пингвинов. Они имеют крылья и перья, однако совсем не летают по воздуху. Зато великолепное устройство тела, включая не менее мощную, чем у летающих птиц, мускулатуру, позволяет пингвинам быстро и хорошо маневрировать, передвигаясь под водой. Они способны развивать на коротких дистанциях скорость до 40 километров в час, погружаться на большую глубину и вообще подолгу плавать в студеной антарктической воде.

Гладкое и обтекаемое тело этой птицы испытывает в воде намного меньшее сопротивление, чем мчащаяся торпеда. Так, стремительно вошедший в воду императорский пингвин способен за считанные мгновения достичь двухсотметровой глубины.

Разнообразие способов передвижения. Пингвины движутся в воде тремя способами:

• при погоне за добычей эти птицы быстро погружаются под воду и словно летят в ее толще, интенсивно гребя крыльями, как веслами. Обычно подводная охота длится минуту, однако описаны случаи даже двадцатиминутного их погружения;

• быстрый способ перемещения на далекие расстояния связан с подпрыгиванием. В этом случае пингвины мчатся в приповерхностном слое воды, периодически выскакивая из нее, как дельфины, чтобы вдохнуть воздуха;

• во время отдыха пингвины медленно плывут у самой поверхности, загребая крыльями и приподняв голову и хвост.

Пингвины, бесспорно, являются лучшими ныряльщиками среди пернатых. Обычно они ныряют на глубину до 60 метров и гребут при этом короткими и узкими крыльями-ластами. А рекордную для птиц глубину погружения императорских пингвинов ученые зафиксировали на уровне 265 метров. При этом один из пингвинов был снабжен передатчиком, регистрирующим максимальное давление воды. В подобных случаях глубоководного погружения пингвины быстро возвращаются на поверхность, чтобы исключить декомпрессию. Значит, им на генетическом уровне даны знания, как избежать кессонной болезни.

Эти птицы рекордсмены и по дальности подводного передвижения. Так, пингвины Адели, ныряя в полыньях, с легкостью проплывают подо льдом 120 метров. А императорские пингвины способны преодолевать от полыньи до полыньи почти 360 метров.

Пингвины не только искусные ныряльщики. Они еще и чемпионы по стремительному выскакиванию из воды, особенно когда их преследуют морские леопарды. Пингвины легко, буквально свечой выпрыгивают на лед или береговой уступ двухметровой высоты. Причем, как бы ни был труден прыжок, он всегда заканчивается точным приземлением на обе лапы.

Скольжение по льду и заимствование биоников. У пингвинов короткие, далеко отнесенные назад ноги, поэтому на суше они держат головы вертикально и неутомимо ходят или стоят, опираясь на жесткие перья хвоста. Зато эти птицы быстро скользят по льду или даже по снегу, лежа на брюшке и отталкиваясь крыльями и лапами.

Для защитного поведения этих, казалось бы, неуклюжих птиц, характерно, что, завидев преследователя, они мгновенно бросаются на живот и, активно действуя лапами, довольно быстро ускользают от него. При этом пингвины проворно лавируют между выступами, впадинами и трещинами. Значит, эти замечательные птицы используют не только врожденные знания о различных способах быстрого перемещения, чтобы уйти от опасности, но и способны мгновенно оценивать ситуацию и выбирать ледяную дорогу, наиболее оптимальную для высокоскоростного движения.

Бионикам пришла мысль создать машину с таким же целесообразным способом перемещения, как у пингвинов. Разрабатываемая машина должна двигаться по снегу на большой скорости даже со значительным грузом. Широкое днище будет скользить по снежной поверхности, отталкиваясь от нее специальными приспособлениями. Несмотря на то, что такой снегоход будет иметь массу больше тонны, он должен развивать скорость до 50 километров в час, что очень хорошо для подобных непроходимых мест.

«Земно»-«водные» труженики

Как ни удивительно, но такие, казалось бы, мало защищенные существа, как земноводные (амфибии), заселяют территории и трудятся, выполняя свои жизненные задачи, почти во всех частях света. Они получили все необходимое, чтобы не только жить и производить потомство во влажных, болотистых местах, но и обитать в самых сложных природных условиях. Так, одни виды амфибий можно обнаружить в Гималаях на высоте четырех с половиной тысяч метров, другие – в засушливых пустынях, третьи – за Полярным кругом. Потому-то амфибий, так же как и птиц, насекомых и других живых созданий, называют «вездесущими».

Пищевые объекты амфибий, в основном, опасны для жизни многих растений. В то же время земноводные практически не потребляют их основных опылителей. Здесь проявляется мудрая взаимосвязь интересов представителей флоры и фауны.

Также взаимосвязаны природные ниши амфибий и птиц, обитающих рядом и составляющих единые сообщества. Амфибии наделены важными охотничьими особенностями, которые позволяют дополнять «профессиональную» деятельность птиц.

Дело в том, что питающиеся насекомыми пернатые охотятся преимущественно в светлую пору суток. А многие земноводные питаются и в темноте, когда птицы спят. Взрослая жаба способна съесть за ночь до 100 насекомых, их личинок и даже слизней. К тому же в силу своей неприхотливости в отношении пищи амфибии слывут универсальными защитниками растений. Они порой поедают даже таких насекомых с неприятным запахом и вкусом, мохнатых гусениц и ядовитых беспозвоночных, к которым птицы в основном и не притрагиваются.

Но почему земноводные не боятся ядовитых существ?

Оказывается, их организм обеспечен прекрасными защитными механизмами. В их врожденной программе жизнедеятельности не заложена боязнь ярко окрашенной добычи, отпугивающей других животных. Птицам, как и многим другим животным, от рождения известно, что пестрая добыча не годна в пищу. Это доказывает простейший эксперимент. Если едва вылупившимся из яиц цыплятам предложить для еды скромно окрашенных и пестрых насекомых, ни одного яркого жучка птенцы не тронут.

А земноводные их не боятся. Но все же, несмотря на свою неприхотливость, некоторые амфибии, отведав неприятную для них пищу, стараются впредь ее избегать.

Преимущества земноводных. Амфибии принадлежат к холоднокровным животным, однако это не является их недостатком. Это даже составляет преимущество перед теплокровными животными в переменчивых условиях среды. Ведь земноводные наделены такими механизмами жизнедеятельности, которые позволяют им проживать в местах с неблагоприятными температурными и влажностными условиями, а также при ограниченной обеспеченности пищей.

Так, птицам, чтобы постоянно поддерживать температуру своего тела на уровне 39–41 °C, необходимо переваривать соответствующее количество пищи. При похолодании расход энергии птичьим организмом резко возрастает. Чтобы согреться, птицам требуется усилить питание, но как раз в это время насекомые прячутся и становятся недосягаемыми. Поэтому птицы либо гибнут от истощения, либо стараются улететь в районы с лучшими погодными условиями.

Особенно серьезный ущерб даже кратковременные периоды похолодания и бескормицы наносят птенцам. Однако птицы наделены удивительной способностью делать длительные погодные прогнозы, причем с большой точностью. Так, они определяют годы с неблагоприятными жизненными условиями и недостатком пищи и тогда откладывают яиц меньше обычного. В результате, когда наступает потепление и активное размножение насекомых, пернатых защитников растений становится явно недостаточно. Вот здесь-то и проявляется положительная роль холоднокровности земноводных.

Легко пережив временное похолодание и отсутствие пищи, они берут реванш при благоприятных условиях. Амфибии начинают интенсивно питаться, сдерживая в местах своего обитания чрезмерное размножение вредителей растений.

Звено в пищевой цепи. Земноводные – не только потребители пищи, они и сами являются объектом питания и таким образом включены в общий биологический круговорот. Некоторые птицы, змеи, звери и крупные рыбы питаются в основном лягушками. Ведь эти амфибии не прячутся днем в укрытия, так как активно охотятся на насекомых именно в эту пору суток. Кроме того, они не имеют таких кожных выделений с защитными свойствами, как едкая слизь у жаб, жерлянок, саламандр.

Но как же тогда сохраняются все виды этих незащищенных лягушек?

Несмотря на участие в пищевом рационе различных животных и вынужденные потери численность большинства видов лягушек, как правило, стабильна. Они наделены огромной плодовитостью, благодаря чему их количество быстро восстанавливается. Кроме того, лягушки отличаются относительным долголетием, поэтому среди земноводных, которым было суждено избежать опасностей и выжить, могут существовать бок о бок несколько поколений. И они продолжают регулярно производить на свет таких же плодовитых амфибий.

«Бдительное око Провидения с высоты небес надзирает за всеми одинаково – от огромного бегемота до мелкого воробья. Оно не допускает ни излишнего распространения некоторых родов, ни того, чтобы слабейшие животные были истребляемы через сильнейших. Каждому роду их указывает его границы, как бы говоря: "до селе дойдешь и не прейдешь"» (Иов. 38,11) (по прот. Г. Дьяченко).

Механизмы сохранения популяции

Несмотря на то что земноводные являются практически голыми животными, представители этого класса обитают почти во всех частях света. Они успешно живут и производят потомство в местах с самыми сложными природными факторами: за Полярным кругом и в засушливых пустынях, в горах и даже под землей.

Конечно, больше всего видов земноводных обитает в тропических странах, где тепло, влажно и изобилует пища, а также на территориях с умеренным климатом. А в холодных и сухих районах проживают представители совсем немногих видов. Но при этом амфибии именно не выживают, как принято считать, в среде, сложной для большинства животных, а живут той полноценной жизнью, особенности которой внесены в их генетическую программу. И именно они еще раз демонстрируют, какими же поистине чудесными возможностями наделены самые разнообразные животные.

Пример врожденной способности сохранять жизнедеятельность после разного рода критических воздействий демонстрируют хвостатые амфибии. Можно заморозить в воде саламандру или тритона, но стоит только растопить лед, и животные преобразятся, проявляя готовность продолжать жизнь.

Однако следует иметь в виду, что генетически обусловленные возможности животных не безграничны. Они имеют заданные конкретные пределы, характерные для каждого их вида.

Высокая холодоустойчивость. Среди земноводных существуют такие виды, представители которых благодаря очень высокой устойчивости к холодам способны занимать «северную нишу».

Так, редкостной холодоустойчивостью отличаются некоторые углозубы. Организм этих сибиряков позволяет им обитать даже за Полярным кругом и выдерживать температуры до -16 °C, а их нерест начинается при потеплении воды лишь до +4 1–5 °C. Отмечены случаи, когда углозубы, найденные после столетнего пребывания в вечной мерзлоте, благополучно оживали.

За Полярным кругом способны жить и такие бесхвостые амфибии, как лягушки и жабы некоторых видов. Жизненную активность при нулевой и отрицательной температуре им помогают сохранять замечательные добавки в кровь на основе глюкозы, напоминающие по своему действию антифриз, спасающий от мороза некоторые системы автомобиля.

Подобное вещество обнаружено и в организмах других животных, обитающих в условиях низких температур. Например, в антарктических водах живут рыбы из подотряда нототениевидных, температура замерзания тканевой жидкости которых -2,2 °C. У берегов Антарктиды вода не охлаждается ниже такой температуры. Рыбы вырабатывают свой собственный «антифриз» – в их крови нашли необычные соединения из Сахаров и пептидов, которые останавливают рост крошечных кристаллов льда сразу после их образования.

Воистину удивительна способность этих животных обитать в самых суровых условиях. Все рассчитано и устроено таким образом, что голые и холоднокровные земноводные живут и производят потомство не хуже укутанных в меха млекопитающих. Из поколения в поколение амфибии передают данное им уникальное устройство организма и свои удивительные способности.

Программа ускоренного развития. При развитии головастика в водоемах происходит очень сложная перестройка всего его организма. Обычно этот процесс длится целый сезон. В некоторых случаях, как у саламандр горных видов и тритонов на севере, детство затягивается на два – три года. А вот у земноводных – жителей жарких стран организм настроен на ускоренные процессы развития. Это связано с сезонами дождей. Так, головастики некоторых видов пустынных жаб завершают их за 9—11 дней!

Ускоренное развитие отличает и представителей одного из видов австралийских земноводных, которые тоже производят потомство в пустыне. Их организм обеспечен синхронизирующей системой, которая следит, чтобы время метания икры и развития молоди совпадало с периодом дождей. В пустынях Австралии дожди могут выпасть всего раз в два года. Но стоит такому событию произойти, как спящие лягушки тотчас получат сигнал к активным действиям.

Они быстро поднимутся из своих подземных убежищ на поверхность, чтобы отложить икру в образовавшиеся лужи. И прежде чем эти лужи просохнут, головастики успевают не только появиться на свет, но и превратиться в лягушек. А поскольку они не могут жить без воды, то при наступлении засухи впадают в спячку, предварительно закопавшись в землю подобно тому, как наши лягушки зарываются в ил для зимней спячки.

Проходит год или два, пока снова пойдет дождь. И тогда молодые лягушки получат такой же сигнал, как и их родители. Они проснутся и выйдут на поверхность, чтобы дать начало новому поколению. Жизнь продолжается!

Это еще раз подтверждает, что организму земноводных дано все необходимое для проживания в конкретной местности, в том числе с критическими природными условиями.

Жизнь в условиях бескормицы. Организм амфибий наделен еще и особыми возможностями пережидать голодные периоды жизни.

Так, в неблагоприятные засушливые или холодные периоды, когда насекомых бывает мало, амфибии не гибнут от голода, а лишь перестают расти. С появлением обильной пищи они едят до насыщения и продолжают быстрый рост. А представители северных видов еще и обладают механизмом откладывания жира «про запас», чтобы пережить холодную зиму.

За счет чего возможна жизнедеятельность амфибий, например, в бескормицу при похолодании? Как ни удивительно, но за счет их холоднокровия. Амфибиям не нужно вести постоянной борьбы за поддержание температуры своего тела на определенном уровне, как теплокровным. Их организму достаточно лишь чуть-чуть подтапливать свою «печку» пищевым биотопливом, чтобы компенсировать небольшие потери при ее остывании. В то время как теплокровные животные вынуждены продуцировать тепла в 30–40 раз больше.

Экономное расходование энергии позволяет земноводным потреблять гораздо меньше пищи и переносить длительные периоды голодания. При похолодании, когда беспозвоночный корм амфибий прячется, у них просто пропадает аппетит. И чем холоднее становится, тем на больший период времени растягиваются процессы выработки энергии телом амфибии. При температуре 15 °C они переваривают ужин 4 дня, а при 12 °C – 7 дней.

Благодаря такому свойству своего организма, например, жаба, находясь в сыром месте, может выдержать без пищи более двух лет.

Восстановление численности амфибий. Но если все же какие-либо резкие изменения погодных или других условий приводят к вымиранию большого количества лягушек, тогда включается таинственный регулирующий механизм сохранения их популяции.

В следующем поколении обязательно родится больше самок, чем самцов. А значит, в тот период, когда они подрастут и приобретут способность к размножению, и икры будет отложено гораздо больше обычного.

Так осуществляется целенаправленный внешний контроль над всей популяцией, в результате чего происходит восстановление численности амфибий.

«Два организма» в одном

При знакомстве с возможностями организма, которыми наделены земноводные для жизни и в воде и на суше, многое не может не вызывать чувства восхищения. Ведь быть обитателями двух сред совсем не простая задача: слишком различны характеристики воды и суши.

Так, в водной среде условия влажности постоянны, а на суше они имеют резкие суточные и сезонные колебания. Причем на большей части земной поверхности влажность сравнительно невелика. А эти условия очень существенны для амфибий, являющихся влаголюбивыми животными.

Значительны и температурные колебания. Если в воде они составляют 25–30 °C, то на суше сезонные колебания могут превысить и 100 °C.

Очень большое значение для дыхания земноводных имеет разница в количестве кислорода. В воздухе его в несколько раз больше, чем в воде.

В водной среде требуются небольшие усилия для поддержания тела, а с выходом на сушу эти усилия значительно возрастают. Изменяется и положение точки опоры. На суше – это земля, от которой можно оттолкнуться, находиться внизу. А вода окружает амфибию со всех сторон.

Как же удается этим одновременно и земно и водным существам жить без затруднений на границе двух сред? Оказывается, для этого их организм наделен как бы двумя комплектами органов и систем, а также автоматической системой для постоянного переключения с одного комплекта на другой.

Именно так переключается универсальная система «включения» и «выключения» нужных органов при дыхании лягушки в момент перемены среды. Пока амфибия находится в воде, она дышит кожей, но как только оказывается на суше – подключается система дыхания легкими и слизистой оболочкой рта. Чудо-система действует таким образом, что при каждом нырянии «включенные» органы лягушки автоматически отключаются.

Потребность во влаге. Для большинства видов земноводных характерно проведение личиночных стадий в воде или влажной среде. Но и во взрослом состоянии потребность их организма во влаге достаточно велика. Поэтому одна часть земноводных обитает всю жизнь в водоемах, а другая – поселяется вблизи их или в сырых местах.

Общее правило (за редким исключением) для большинства земноводных – использовать в качестве водной среды обитания и размножения пресные водоемы. При этом особи различных видов пользуются именно теми водными ресурсами Земли, на которые настроен их организм.

Одни из них могут занимать только теплые воды непроточных озер, прудов и даже луж. А организм других не переносит тихих заводей, позволяя амфибиям жить и растить потомство исключительно в бурных горных реках. Третьим дано занимать все ярусы тропического леса – от заболоченных низин до микроводоемчиков в пазухах древесной листвы, заполняемых водой в период тропических ливней. А четвертые, являясь обитателями сухих прерий и пустынь, полностью обустроены для активной жизнедеятельности только в сезон дождей.

Но не только пресная вода колыбель вездесущих земноводных. Есть представители некоторых видов, организм которых позволяет им обитать в солоноватой и даже в соленой воде. Например, зеленые жабы, жабы ага, травяные лягушки и некоторые виды саламандр могут успешно размножаться в слабосоленой воде.

А наилучшим образом для жизни в соленой воде обустроен организм филиппинской лягушки. Она обитает в зоне прибоя и прячется в норах крабов. Ее головастики не погибают и даже свободно плавают в воде, более соленой, чем черноморская. Выведение из организма этих амфибий излишков солей происходит за счет специально предусмотренных физиологических процессов.

Всасывание влаги кожей. Традиционное проживание земноводных вблизи водоемов в условиях относительно влажной атмосферы обеспечивает их нормальное кожное дыхание и сохранение влаги в организме.

Но даже если наступают периоды засухи, амфибии не остаются беспомощными. Они целенаправленно отправляются искать влажные места, чтобы устроить себе убежища под камнями, в глубоких норах или во влажной лесной подстилке. И тогда кожей, как губкой, эти животные впитывают живительную влагу.

Специальным устройством для всасывания воды из чуть влажной почвы у лягушек и особенно жаб является так называемое «тазовое пятно», пронизанное кровеносными сосудами. Например, у юных норных лопатоногов, американских родственников наших чесночниц, такое тазовое пятно совсем маленькое и занимает всего 5 % всей поверхности тела. Однако его всасывающая способность в 18 раз выше, чем у остальной кожи.

Благодаря такому «водозаборному устройству» молодые амфибии способны охотиться днем во время летней жары. Сидя на чуть влажной земле, они всасывают такое же количество воды, какое испаряет остальная часть их тела.

Удаленные от воды земноводные обычно быстро худеют, но остаются жизнеспособными при потере до половины своей массы и даже больше. Такая лабильность в отношении содержания воды в организме – чудесный дар амфибиям. Благодаря этому они способны выживать в условиях с резкими колебаниями влажности.

Если к изнуренной от сухости коже земноводного приложить что-либо влажное, животное быстро приходит в себя. В одном из опытов древесная лягушка массой 95 граммов после укутывания мокрой тряпкой увеличила массу до 152 граммов.

Сохранение воды в организме. Многие земноводные наделены прекрасными возможностями предохранения организма от потери влаги даже в особо засушливую пору. При этом для каждого вида существуют как свой присущий ему способ, так и индивидуальные устройства.

Например, при высыхании родного водоема инстинкт самосохранения одного из видов хвостатой амфибии сирен включает сложный комплекс поведения и физиологических процессов:

• сирен глубоко зарывается в прибрежный грунт;

• специальные железы в его организме начинают вырабатывать и выделять на поверхность кожи особую слизь. В смеси с глиной она покрывает все тело хвостатой амфибии, предусмотрительно оставив свободным только ротовое отверстие. Образуемый защитный кокон, подсохнув, предохраняет животное от дальнейшего высыхания;

• в работу включаются процессы окисления жира, который запасен заранее у более упитанных, а потому достаточно жизнеспособных особей. При окислении образуются углекислый газ, вода и высвобождается энергия;

• эта вода целенаправленно подается организмом в те органы, которые наиболее страдают от ее недостатка;

• освобожденная энергия не исчезает, а тотчас включается в работу по поддержанию сердечной деятельности и работающих в экономном режиме процессов жизнеобеспечения.

Все эти меры позволяют сирену провести в состоянии оцепенения больше года и дождаться спасительной влаги.

Подобные наследственные свойства позволяют пережить период засухи и барашковому лопатоногу – американскому родственнику наших чесночниц.

На первом этапе амфибия зарывается в песчаную землю на глубину более 1 метра с помощью лопатообразных выростов задних ног. На следующем этапе организм окружает себя водонепроницаемым коконом, сбрасывая несколько слоев кожи, и впадает в спячку. Обмен веществ у него замедляется до сигнала, который принесут органам чувств долгожданные осадки. Тогда кокон, как по команде, лопнет и спасенное животное выберется на поверхность для активной жизнедеятельности.

А одна из древесных лягушек наделена влагонепроницаемой кожей, и что удивительно – ее организм «знает», когда от такой кожи следует избавиться. Сохраняющая влагу кожа служит лягушке только в сухую погоду, чтобы та без особого вреда для здоровья могла в поисках пищи проводить несколько часов под жаркими солнечными лучами. При первых же ливнях амфибия начинает линять. На смену защитной коже организм производит обычную для данного вида проницаемую для воды легкую кожу. В нее и «одевается» лягушка до следующей засухи. Тогда «мудрый» организм снова изготовит ей защитную кожу.