В комплект зимней одежды, кроме шуб и малахаев, обязательно входит теплая обувь и рукавицы. В босоножках, как известно, на морозе долго не продержишься, да и рукавички зимой не помешают. Звери и птицы утепляются кто как может. Подошва на их лапах из толстой кожи. Она значительно снижает теплопотери. К зиме шерсть и перья, покрывающие конечности, становятся особенно густыми. Интересно, что они растут не только на пальцах, но и между ними, да так густо, что снизу прикрывают подушечки лап. Получаются настоящие теплые валенки. Такой обувью к зиме обзаводятся многие животные.
Зоологи утверждают, что она выполняет несколько функций. Например, предохраняет лапы наших северных лис от порезов об острые льдинки. Но это ни о чем не говорит. Подобное предназначение имеет и наша обувь. Однако при конструировании зимних сапог необходимость надежной термоизоляции ставится во главу угла. То же самое относится к птицам. Зимой перья на лапах белых куропаток растут так густо, что пальцы трудно обнаружить.
Теплая зимняя обувь – закономерное явление. Удивляет другое, что некоторые звери и птицы к зиме не заводят себе ничего теплого. Приглядитесь к голубям, в чем они шлепают зимою по снегу. А воробьи, синицы, снегири? Можно считать, что босиком. Конечно, кожа на лапах значительно толще, чем на других частях тела, да к тому же покрыта чешуйками, по от холода спасти не может. Как же удается так легкомысленно одетым птицам благополучно переносить суровые зимы?
Голые ноги птиц создают по меньшей мере три серьезных проблемы: лапы не должны отмерзнуть, они обязаны в полной мере выполнять свои функции и, наконец, не стать причиной для резкого охлаждения всего организма. Нужно сказать, что природа успешно справилась со всеми этими затруднениями.
Зимой в морозы температура лап значительно ниже, чем остального тела. Но это не приводит к заметному снижению их работоспособности. Это объясняется самой конструкцией конечностей. Приглядитесь к куриным лапам. На голых частях лап мышцы практически отсутствуют. Все они расположены выше, сюда, вниз, спускаются лишь сухожилия, простые механические тяги, от которых требуется лишь прочность, эластичность и достаточно скользкая поверхность, чтобы уменьшить трение. А на ту часть ноги, где находятся мышцы, у птиц надеты теплые штанишки из пуха и перьев.
Охлаждение конечностей нарушает функцию нервов. Если температура нервных волокон упадет до 15 градусов, проведение по ним нервных импульсов может полностью прекратиться, что вызовет нарушение подвижности, так как, не получив необходимых команд, мышцы работать не будут. Птицам и северным млекопитающим такая беда грозит меньше, чем их южным родственникам. Периферическая нервная система северян способна работать при очень низких температурах. У хомячков большой берцовый нерв продолжает выполнять свою функцию даже при снижении температуры лап до 3,5 градуса.
Такими свойствами обладают не все нервы. Даже разные участки одного и того же нервного волокна значительно отличаются друг от друга по устойчивости к охлаждению. У птиц на участке нерва, проходящем по голени, проведение импульсов прекращается уже при снижении температуры до 12–15, а в его плюсневой части лишь при 3–4 градусах.
Хотя у некоторых северных птиц лапы одеты до безобразия легкомысленно, они в морозы не обмораживаются. Правда, для этого пернатым приходится вырабатывать много тепла. Важно отметить, что опасность отморозить ноги грозит птицам лишь в период активности. Во время отдыха птицы за редким исключением прячут их в свое оперение, создавая тем самым вполне сносные температурные условия.
Наконец, самая важная, глобальная проблема птиц – общее охлаждение. Горячая кровь с температурой порядка 41–42 градусов, поступая в птичьи лапы, должна здесь остывать и, возвращаясь обратно резко охлажденной, могла бы в считанные минуты вызвать общее охлаждение тела, а затем и гибель птицы. Этого не происходит благодаря удивительным приспособлениям – противоточным теплообменникам. Конструктивный принцип этих устройств тот же, что и в современных системах принудительной вентиляции.
Крупные концертные залы необходимо усиленно проветривать. Зимой огромные количества свежего холодного воздуха, чтобы не заморозить зрителей, приходится согревать до комнатной температуры. Раньше на это тратили немало энергии. Современные системы вентиляции обходятся дешевле, так как они позволяют использовать тепло отработанного воздуха.
Устройство теплообменников несложно. Наружный холодный воздух из общего коллектора поступает во множество труб малого диаметра. Они проходят внутри канала, по которому течет теплый отработанный воздух. К концу пути свежий воздух, отобрав тепло отработанного воздуха, хорошо согревается, а изгоняемые из помещения газы охлаждаются до уровня наружной температуры.
В живых теплообменниках использован тот же принцип, только они работают значительно эффективнее. Вены, по которым охлажденная в лапах кровь возвращается в сердце, делятся на множество веточек и своеобразным футляром оплетают веточки артерий, снабжающих ноги теплой кровью. Контакт между венами и артериями здесь такой полный, что венозная кровь, забирая у текущей ей навстречу артериальной все ее тепло, нагревается до 39–40 градусов и, следовательно, не охлаждает тела птицы, когда попадает в сердце.
Теплообменники работают настолько совершенно, что пока температура наружного воздуха не опустится ниже нуля, потеря тепла через «голые» ноги составляет у птиц не более 1,5 процента от всех ее теплопотерь. В морозы они, конечно, возрастают, так как голые конечности приходится слегка согревать.
Обитатели тропического леса тоже пользуются теплообменниками. В первую очередь они необходимы медлительным существам, по многу часов подряд сохраняющим неподвижность, так как их лапы покрыты относительно короткой и не очень густой шерстью. У ленивцев особенно хорошо защищены теплообменниками передние лапы. Большую часть жизни звери проводят в подвешенном состоянии спиной вниз, и не будь этого устройства, их лапы-крючья стали бы терять много тепла.
У лемура, медленного толстого лори, теплообменники лучше развиты в задних конечностях. Животные чаще всего подвешиваются к ветвям с помощью задних ног, а передние используют, чтобы срывать фрукты, ловить птиц и насекомых. Пойманную добычу они неторопливо съедают, не меняя своей экзотической позы.
Еще один путь потери тепла – работа органов дыхания. Холодный воздух по дороге в легкие согревается в дыхательных путях, иначе он вызвал бы охлаждение глубинных районов тела, а затем и всего организма. Это происходит в теплообменниках. Они размещаются в носу. В принципе чем нос длиннее, тем более крупный и совершенный обменник может здесь поместиться.
Носовые ходы, через которые в организм поступает наружный воздух, у большинства млекопитающих перегорожены неполными перегородками, отходящими от боковых стенок. В результате начальный участок дыхательных путей имеет вид сообщающихся между собой полостей, благодаря чему воздушные потоки несколько раз меняют направление и перемешиваются. Стенки этих полостей выстланы слизистой оболочкой, снабженной многочисленными сальными железками.
Непосредственно под тонким эпителием оболочки лежат обширные сосудистые сплетения. Кровь в этих сплетениях движется неторопливо и успевает отдать часть своего тепла вдыхаемому воздуху, в результате чего его температура поднимается почти до температуры тела. Трудно поверить, но у мелких животных воздух за каждые 2 миллиметра пройденного пути успевает нагреться на 1–1,2 градуса! В конце дыхательного цикла отработанный воздух выводится из организма тем же путем и по дороге возвращает заимствованное у крови тепло тому же сосудистому сплетению. Поэтому потери тепла совсем невелики.
