Текст книги "Сотворенная природа глазами биологов"

Возможности организма млекопитающих

Млекопитающие в зависимости от видовой принадлежности, а значит, самых разнообразных возможностей организма способны жить в воде и в воздухе, на земле и под землей, в Арктике и Антарктиде, в знойных, безводных пустынях и во влажных субтропиках.

Самой характерной особенностью организма всякого млекопитающего является его теплокровность. Это означает, что у животных при различной температуре окружающей среды поддерживается постоянная температура тела. Для этого в организме млекопитающего предусмотрены сложнейшие системы, которые постоянно вырабатывают тепло, и разного рода механизмы терморегуляции: химические, которые регулируют продуцирование тепла, физические – для контроля его отдачи.

Удерживать тепло животным позволяют те или иные теплоизоляционные средства. Это может быть волосяной покров различной густоты, толстый слой кожи или мощный жировой слой. При этом они решительно отличны, скажем, у жителя равнин и гор кенгуру и обитателя водной стихии дельфина.

А чем обеспечены млекопитающие для исполнения своего жизненного предназначения? В первую очередь они, как и другие живые существа, получили конкретную сферу деятельности, то, что мы условно называем профессией. Например, верблюды являются профессиональными «кораблями пустыни». Они веками служат человеку – перевозят грузы и людей через безводные засушливые пространства.

Во-вторых, млекопитающие наделены определенным строением организма и образом жизни, соответствующим этой заведомо предназначенной профессии. Взять хотя бы довольно активных почвообразователей – кротов. Эти «хозяева почвы» получили гибкое тело, особый мех, сильные мышцы, удобные лапы, которые облегчают им подземное продвижение и рыхление земли.

В-третьих, звери имеют определенные места обитания с конкретными факторами среды. Это может быть и чрезвычайно широкий ареал, и очень узкий. Например, только в пустыне живут замечательные зверьки – песчанки. Они помогают многим животным переносить суровые условия обитания. Отчасти в этом их жизненное предназначение. Песчанки селятся целыми городками, которые являются своего рода средоточием жизни в пустыне. Спасительные прохладные норы используют в качестве убежища ящерицы, змеи, насекомые и многие другие животные.

В-четвертых, животные обладают особым строением организма для того, чтобы занять определенное место обитания. В качестве примера можно привести оснащенность всем необходимым замечательного обитателя Арктики – моржа. Чтобы не замерзать, он обеспечен толстой защитной кожей, теплой «фуфайкой» в виде большого слоя жира. А еще на спине моржа спрятаны воздушные мешки для сна на воде. То есть, в его удобном теле предусмотрены даже «спасательные жилеты».

О тех, кому предназначено жить в пустыне

Целесообразность устройства организма млекопитающих, которые обитают в суровых природных условиях, наиболее наглядно проявляется в особенностях строения и поведения жителей пустынь.

Условия пустынь не случайно называют экстремальными. Там так палит солнце, что в отдельных районах температура воздуха днем порой поднимается до 58 °C, а поверхность земли при этом раскаляется почти до 90 °C.

Чего совершенно не хватает в пустыне, так это, конечно, влаги. Месяцами на иссушенную солнцем землю не падает ни капли дождя.

Какими же средствами наделены организмы животных, которым предназначено обитать на песке или почве, почти не покрытой растительностью, переносить высокие температуры и отсутствие влаги и при этом передвигаться, охотиться, производить потомство?

Ночью и днем. Некоторые пустынные животные ведут ночной образ жизни. Например, так спасается от изнуряющей дневной жары шакал.

Кенгуровые крысы в часы самого пекла сворачиваются в клубок в своих убежищах и лежат неподвижно, экономя силы. Только так они могут переносить жару.

Тушканчики, как и пресмыкающиеся – гекконы, песчаные удавчики или насекомые – жуки-чернотелки, тоже прячутся от палящих лучей солнца в глубоких норках.

Животные используют всякую возможность, чтобы избежать потерь драгоценной влаги. Те же тушканчики совершенно лишены потовых желез, а потому вообще не потеют. Чтобы вести активный ночной образ жизни, они получили крупные глаза и большие уши, что обеспечивает им отличное сумеречное зрение и тонкий слух.

Интересно, что, забравшись на день в свое убежище, тушканчик закупоривает вход земляной пробкой, называемой зоологами «копеечкой». На первый взгляд, ничего сложного в его действиях нет – сделал что-то наподобие дверцы и наглухо закрылся. Но специально изготовить преграду для проникновения пустынного жара в прохладную «квартиру» – это результат разумного и сложного поведения. Однако ни сам тушканчик, ни все его предки, тысячелетиями живущие в пустыне, не смогли бы для решения этой теплофизической проблемы выработать такое важное «инженерное решение».

Наряду с животными, которые ведут ночной образ жизни, в пустыне имеются и те, кто охотятся и выполняют другие жизненно важные функции днем. Они активны лишь в ранние утренние часы, пока еще не раскалилась почва. Когда же солнце поднимется выше и начнет немилосердно печь, живые существа прячутся в тени кустов и камней или скрываются в норах.

Некоторые млекопитающие способны охлаждаться, учащая дыхание, как делает это пума. Так они избегают перегрева в самые жаркие периоды дня. При этом температура тела у них снижается за счет испарения влаги с языка.

Способность сохранять и добывать воду. Пустынные животные наделены особыми физиологическими возможностями для экономного расходования воды, которую найти в местах их обитания нелегко.

Эти животные не только сохраняют, но и добывают воду самыми разными способами. Одни из них, например растительноядные грызуны (песчанки и суслики), получают воду из сочных частей растений – зеленых веточек, листьев, корневищ и луковиц. Другие жители пустынь умеют находить в расщелинах скал и глубоких норах выпадающую по ночам росу.

Кенгуровая крыса – жительница безводных австралийских пустынь – получила очень хитроумный способ извлекать воду даже из почвы. Этот зверек питается семенами различных растений. Но они обычно высушены так, что практически не содержат влаги. Поэтому собранные сухие семена крыса сразу не ест, а переносит в нору в своих особых защечных мешках, которые защищены от просачивания в них слюны.

Теперь представьте, что у вас нет воды, но есть пересушенные сухари и влажная ткань. Если вложить сухари в ткань, они довольно быстро впитают в себя воду, а потом помогут вам утолить жажду. Так же инстинктивно, поступает и крыса. Собранные на поверхности земли семена кенгуровая крыса складывает в предварительно подготовленные глубокие влажные норки, где совершенно сухие семена начинают всасывать влагу. И только после обогащения семян водой зверек их поедает.

Передвижение по песку. Животные пустынь обеспечены очень удобными устройствами для быстрого передвижения по сыпучему песку. Так, у мохноногих и гребнепалых тушканчиков лапы имеют густую опушку, а на подошвах – волосяную щетку. Их мохнатые ступни не проваливаются в рыхлый песок, и зверьки легко передвигаются по склонам песчаных барханов.

Этому способствует еще и особое строение лап и хвоста. Передние лапки у тушканчиков маленькие, но зато задние, прыгательные, – с удлиненной ступней. Хвост у них обычно длиннее туловища и послушно служит органом равновесия при прыжках и рулем поворота на крутых виражах. Прыгая на задних лапах и балансируя хвостом, тушканчик в поисках воды и пищи может за ночь преодолеть более 10 километров. Интересно, как пьет мохноногий тушканчик, – зверек специально мочит в воде передние лапки и затем быстро слизывает с них капельки.

Вопреки суровым условиям жизни. В таких местах не всегда стоит беспрерывная засуха, бывают и периоды дождей, благодаря которым жизнь вновь возрождается. Поэтому недостаток влаги между дождями и иссушающая жара не являются препятствием для продления рода у выносливых животных. В период ливней местность преображается – на песке или на глинистой поверхности появляется зеленый покров. И именно в это время млекопитающие приносят детенышей, насекомые и пресмыкающиеся откладывают яйца, птицы вьют гнезда.

Таким образом, пустынные животные обеспечены всем необходимым, чтобы жить в таких экстремальных условиях, то есть спасаться от жары, добывать спасительную влагу, производить потомство – в общем, жить абсолютно полноценной жизнью. При всей суровости природы пустыня богато заселена различными животными, в том числе и млекопитающими.

Чтобы получить общее представление о целесообразности строения организма млекопитающих, обитающих в пустыне, остановимся на примере верблюда – одного из интереснейших ее представителей.

Верблюд – обитатель безводного царства песков. Всякому известен этот «корабль пустыни». Что заставляет верблюдов постоянно обитать там, где все живое то задыхается от палящего полуденного солнца, то дрожит от холода пустынных ночей?

Действительно, человеческая логика объяснить это бессильна. Ведь еще дикие верблюды с их сильными ногами давно могли бы уйти от мест с суровыми климатическими условиями и обосноваться там, где есть вода и разнообразная пища. Но, оказывается, не могли. Так предопределено Создателем – животное само не решает, где ему находиться и чем питаться.

По Его замыслу жизнь должна существовать во всех уголках нашей планеты, в том числе и в безводной жаркой пустыне. Поэтому всякий обитатель Земли наделен таким устройством организма, такими физиологическими процессами и такими особенностями поведения, чтобы он занимал не любую, а именно свою природную нишу.

Особенности организма верблюда. В отличие от мелких обитателей пустыни, которые в самые критические периоды способны так или иначе прятаться от зноя, это недоступно такому весьма крупному животному, как верблюд. Поэтому все, чем наделен его организм, представляет собой совершенно уникальный комплекс.

• Верблюд обладает защитным слоем густой шерсти.

• Организм этого пустынного животного наделен четко действующими системами регулировки температуры тела, а также водного баланса, благодаря чему животное может свыше двух недель обходиться без единой капли влаги.

• Верблюд неприхотлив в еде и обходится малым ее количеством; его организм позволяет питаться жесткими и колючими пустынными растениями.

• Верблюд предусмотрительно наделен двойными защитными рядами бровей и длинными ресницами, а также особыми мышцами, которые вовремя закрывают его ноздри. Такие устройства предотвращают попадание песка в глаза и нос даже в период сильных песчаных бурь.

• Это выносливое животное обеспечено и средствами для легкого передвижения по безбрежному песчаному морю. Плоские и широкие подошвы ног этого огромного млекопитающего устроены так разумно, что идти по барханам ему гораздо легче, чем коню, узкие копыта которого глубоко увязают в песке. Но ведь конь и не был сотворен как обитатель пустынь – у него на Земле другие задачи.

• Высокая грузоподъемность, «специальная обувь» вместе с названными выше преимуществами позволяют верблюду выполнять полезные для человека функции «корабля пустыни». Остановимся на некоторых примерах.

Обеспечение теплового баланса. В наследственной программе развития и функционирования организма верблюда предусмотрено абсолютно все, даже «минипроизводство» по изготовлению густой шерсти. Она ему жизненно необходима для защиты от перегрева в палящую жару и от переохлаждения при низких температурах, а также для предотвращения больших потерь влаги.

Толстый шерстяной покров помогает этому выносливому обитателю пустыни выдерживать температуру от -30 до +40 °C. Шерсть у верблюда быстро отрастает, и животное можно каждую весну стричь, получая до 7 килограммов ценной волнистой шерсти с каждой особи. Из нее выделывают сукна и знаменитые верблюжьи одеяла.

Кроме изготовления защитного покрова, организм верблюда способен с помощью управляющих систем поддерживать температурный баланс. Благодаря этому солнечные лучи днем медленно повышают температуру тела животного до 40,5 °C и соответственно снижают ее к ночи до 34–35 °C, так что вплоть до полудня верблюду совершенно не жарко.

При повышенной температуре тела у верблюда уменьшается потоотделение, за счет чего экономится вода. Благодаря этому организм верблюда теряет влагу втрое медленнее, чем, например, организм осла в тех же условиях.

В условиях отсутствия воды. Самая удивительная способность верблюда – не пить свыше двух недель. А если ему в пути удается найти какой-нибудь относительно сочный растительный корм, то его организм может обойтись без воды еще дольше. При этом двугорбый верблюд способен за счет потери воды утратить почти треть своей массы. А одногорбый – может выжить, даже утратив в своем теле около половины всей жидкости. Если сравнить: для человека смертельна потеря одной пятой части жидкости.

Что же дано организму верблюда для такой жизнеспособности в безводной пустыне?

Прежде думали, что он может долго не пить благодаря запасу воды в желудке. Потом предположили, что животному помогает расщепление жира в горбах. И действительно, такие жировые отложения – настоящие «водные склады». Чем выше горб, тем внушительней запас жира. У упитанных особей он доходит до 120 килограммов, что может при расщеплении жира дать свыше 50 килограммов метаболической воды.

Однако это оказалось не главным. Уникальность верблюжьего организма в том, что, в отличие от других животных, утратив много воды, он при этом удерживает влагу в крови; у верблюда при этом даже не происходит ее значительного загущения.

Но и это еще не все. Из всех млекопитающих только у верблюдов красные кровяные клетки (эритроциты) имеют овальную форму. Это обеспечивает их нормальное продвижение по кровеносным сосудам даже в том случае, когда кровь вследствие сильного обезвоживания организма все же становится более густой и вязкой.

Кроме того, верблюды теряют гораздо меньше воды с мочой и экскрементами, чем животные других природных зон.

Есть еще одна особенность, дарованная организму верблюда. Потеряв много жидкости, он способен быстро ее восполнить. Измученное жаждой животное, добравшись до источника, за считанные минуты может выпить десятки литров воды, даже если эта вода содержит значительное количество соли. Это очень важно, так как в пустыне многие водоемы солоноватые.

Неприхотливость в еде. В организме верблюда удивительно и то, что при питании самым скудным растительным кормом столь крупному животному вполне хватает вырабатываемой энергии. Это обеспечивает его чрезвычайно рациональная пищеварительная система. Кроме того, этот пустынный житель поедает растения, несъедобные для других животных, – верблюжью колючку и даже ветви мимозы, иглы которой могут проколоть подошву сапога. А при случае верблюд с удовольствием употребит в пищу старую корзину или подстилку из финиковых листьев.

Как и другие жвачные животные, он повторно тщательно пережевывает сухую растительную массу. Конечно, от сочного зеленого корма (бобов, зерна) верблюд тоже не откажется, и в таком случае вода ему не нужна.

Любопытно, что при сравнительно долгом питании на хороших лугах верблюды чувствуют себя гораздо хуже, чем в пустыне. Это лишнее напоминание того, что живые существа призваны занимать только определенные, предназначенные для их обитания уголки нашей планеты. Организм каждого из них точно рассчитан на использование местных пищевых источников и на определенные условия жизни.

Профессиональный «корабль пустыни». При перевозках грузов и людей через безводные засушливые пространства верблюд способен нести груз, масса которого составляет половину его собственной, а самые сильные из них – почти равную ей – около 700 килограммов. Под седлом, по жарким пескам и чаще всего без воды верблюд может проходить до 80 километров в сутки.

Особые мозолистые подушечки предохраняют стопы этих «кораблей пустыни», как и родственных им лам, от ожогов горячим песком и камнями, уберегают и от травм. А специальные устройства на ступнях помогают передвижению, иногда даже очень быстрому, по сыпучей песчаной почве. Верблюды при ходьбе опираются не на кончики, а на нижние поверхности двух пальцев, имеющие защитные мягкие жировые подушечки.

Благодаря толстым мозолям на запястьях, локтях, груди и коленях эти животные способны отдыхать даже на горячей поверхности почве.

Все приведенные факты подтверждают, что верблюд являет собой образец организма «пустынного» типа. И несмотря на все проблемы, связанные с местом обитания этих животных, продолжительность их жизни довольно высока и составляет 35–40 лет. А отдельные особи доживают и до семидесятилетнего возраста.

Уникальность строения жителя саванн – жирафа

Самое длинношее животное. Характерный признак жирафа – одного из самых красивых млекопитающих – длинная шея. Ее размеры могут достигать 2,5 метра.

Чем же должен обладать организм такого животного для того, чтобы не только гордо нести на плечах свою удивительную шею, но и жить полноценной жизнью?

Хотя у жирафа на шею приходится почти половина его роста, общее анатомическое строение этого животного во многом схоже со строением большинства зверей. У длинношеего жирафа те же семь шейных позвонков, только эти позвонки очень вытянуты.

Считается, что когда-то шеи у жирафов были обычными, и только у некоторых из них – чуть длиннее. С наступлением засухи, по мере того как пищи становилось меньше, более рослые жирафы способны были дотянуться до листвы высоких деревьев. И соответственно у них было больше шансов выжить и иметь потомство.

Но что интересно: у юных жирафов шея гораздо короче родительской. А поскольку молодь не может дотянуться до макушек деревьев, то в засуху она тоже должна была бы погибнуть. И тогда на Земле не осталось бы ни одного жирафа. Но ведь этого не произошло! К сказанному можно лишь добавить, что до сих пор так и не найдены окаменелости, по которым можно было бы проследить постепенный рост шеи у жирафов.

Пищевая ниша и особенности организма. В саванне довольно скудная растительность, и все же там обитают, не мешая друг другу, травоядные животные десятков видов. Ведь питаются они на разных «этажах»: животным одних видов доступны верхушки и ветки деревьев, для других существуют кусты и «макушки» трав, третьим достаются самые нижние части растений.

Необычное телосложение жирафа – длинные шея и язык, высокие плечевой пояс и передние конечности тесно взаимосвязаны с его пищевой нишей. Жираф питается не травой и другим подножным кормом, общим для многих обитателей саванн, а только находящимися на высоте листьями, молодыми побегами и бутонами мимоз, акаций, диких абрикосов и других деревьев. Причем благодаря тому, что рост самки жирафа обычно на метр ниже, а молоди – еще меньше, такое целесообразное различие исключает пищевую конкуренцию между разнополыми и разновозрастными животными. Занимая единую пищевую нишу, они потребляют корм каждый на своем ярусе растительности.

Для питания и одновременной постоянной «стрижки» густо покрытых листвой деревьев жираф наделен удобными устройствами и особыми поведенческими приемами.

Он имеет двух– или трехдольчатые нижние клыки, которые подобно гребню отделяют листья от небольших веток; подвижные губы для удобного обхватывания листьев и мелких побегов; очень длинный язык – более 45 сантиметров.

Благодаря такому целесообразному устройству жираф довольно ловко захватывает цепкими губами и языком тонкую веточку и направляет ее в рот. Затем он отгибает голову в сторону и, в отличие от слонов, которые обламывают ветки, пропускает их между длинными выемчатыми зубами. И те как гребенкой сдирают листья с ветки. А манипуляции длинным узким языком позволяют жирафу срывать листья даже с ветвей, покрытых крупными колючками.

Мы никогда не задумывались над тем, как легко передвигаются в пространстве наши руки или ноги, как быстро выполняют они наши мысленные приказы. При этом мы не планируем всей последовательности своих действий – органы движений сами сделают все правильно, слушаясь лишь внутренней команды. Стоит нам только подумать, например, что хочется съесть висящее на ветке яблоко, и все придет в движение. Нам не нужно руководить ногами, так как они уже понесли наше тело в сторону дерева. Куда идти – корректируют глаза. Затем руки наклоняют ветку и срывают яблоко. Когда мы начнем его есть, в работу автоматически включатся зубы, язык, появится слюна и т. д.

Вот так же в организм жирафа, как и любого живого существа, заложена система координации и управления движениями. Все, что им дано, работает четко и слаженно.

Замечательные легкие. Как известно, предназначение легких – обеспечивать ткани организма кислородом. Чтобы дыхательная система жирафа справлялась с этой задачей, она должна быть, как и все у этого высокорослого животного, тоже уникальной.

Его легкие в восемь раз больше, чем, например, у человека, а частота дыхания – втрое меньше.

Такие большие легкие необходимы жирафу в связи с большой длиной его трахеи, в которой задерживается значительный объем так называемого воздуха «мертвого пространства». Ведь после вдоха любое животное физически не в состоянии сделать полного выдоха. У жирафа эта проблема решена за счет увеличенного объема легких. В этом случае воздух «мертвого пространства» составляет лишь малую толику всего воздуха, содержащегося в дыхательных путях.

А вот медленное дыхание, оказывается, необходимо жирафу для того, чтобы из-за слишком быстрого движения огромных масс воздуха не «обветрилась» ребристая четырехметровая трахея.

Однако по сравнению, скажем, с лошадью относительный объем легких у жирафа не так уж и велик. Поэтому жираф не может долго бежать – он быстро начинает задыхаться и сбиваться с шага. Жирафы созданы не для долгого и быстрого бега, как лошади, – у них иные жизненные задачи.

Специфика кровеносной системы. Поскольку голова жирафа находится далеко от тела, это животное наделено необычайно большим сердцем и специфической сердечно-сосудистой системой. Для бесперебойной подачи достаточного количества обогащенной кислородом крови в мозг, находящийся на 3 метра выше сердца, все тоже предусмотрено.

Чтобы прокачать кровь через такую длинную шею, организму приходится создавать очень высокое давление, которое у высокоорганизованных животных зависит от работы сердца и сопротивления стенок кровеносных сосудов. Поэтому кровяное давление у жирафа несравнимо выше, чем у остальных животных.

Со всеми серьезными проблемами, которые могли бы возникнуть из-за высокого кровяного давления, жираф справляется в первую очередь благодаря совершенной системе артерий с утолщенными стенками. Кроме того, он наделен комплексом разнообразных клапанов, сетью мельчайших сосудов, а также системой рецепторов, оценивающих кровяное давление. Это позволяет организму жирафа справляться с мощным потоком крови, регулируя его в зависимости от давления.

Здесь правомерен вопрос: почему при столь высоком давлении, поранившись, жираф не истекает кровью?

Оказывается, целостность сосудов и нормальный ток крови обеспечиваются высокой прочностью кожи и внутренних связок. Кроме того, кровотечению препятствует довольно глубокое залегание всех вен и артерий в теле жирафа. Особое строение высокопрочной кожи жирафа даже заинтересовало специалистов НАСА в связи с разработкой новых космических скафандров.

Организм жирафа имеет еще одну важную особенность. Подходящие к поверхности кожи животного капилляры очень узкие, поэтому красные кровяные тельца у него необычно малы. Размер их втрое меньше, чем, например, у человека. При этом общая поверхность мелких красных кровяных телец гораздо больше, поэтому они лучше и быстрее усваивают кислород из легких и более эффективно снабжают им голову и конечности.

А если жираф опустит голову, чтобы напиться? Почему у него не происходит кровоизлияния в мозг от слишком большого притока крови? Ведь даже у человека кружится голова, когда он резко выпрямляется после наклона.

Жираф не избежал бы кровоизлияния, если бы в структуре его тела не были предусмотрены специальные клапаны. Каждый раз, когда животное наклоняет голову, чтобы напиться, они автоматически закрываются, не позволяя крови приливать к голове. Потом, когда жираф поднимает голову, те же клапаны препятствуют крови быстро отхлынуть от головы.

Как же все, чем наделено это самое длинношеее животное, мудро и целесообразно.