Нужно ли топить печи в доме, который хозяева надолго покинули? Это зависит от того, что он собою представляет. Чаще пустующие дома не отапливают, в других топят зимой, А как выгоднее поступить животным? Что для них экономичнее: круглосуточно поддерживать температуру тела на постоянном уровне или, воспользовавшись принципами экологической терморегуляции, поднимать ее лишь в периоды высокой активности, а все остальное время в целях экономии поддерживать на минимально допустимом уровне? На первый взгляд второй способ кажется более целесообразным. Однако настораживает то обстоятельство, что среди высших животных немногие придерживаются такого модуса. Попробуем, опираясь на количественные оценки, ответить на заданный вопрос.
Для этого необходимо знать, сколько нужно тепла, чтобы поднять температуру тела животного. Оказывается, много, но все познается в сравнении. Чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус, нужно затратить 1 калорию. Для большинства металлов требуется в 10 раз меньше, всего 0,1 калории, для сухого дерева – 0,4, для каучука и жира – 0,5. 1 литр воздуха, весящий чуть более 1 грамма, согреется на 1 градус, использовав всего 0,3 калории. Тела животных содержат много воды, благодаря этому их теплоемкость велика. Для млекопитающих она равна 0,82 калории. Это значит, что небольшой древесной крысе, весящей 100 граммов, чтобы поднять свою температуру на 2 градуса, требуется 164, а для трехтонного слона – почти 5 миллионов калорий!
Знакомство с теплоемкостью живых организмов позволяет сделать два важных вывода. Во-первых, гораздо выгоднее однажды вложить существенную часть ресурсов организма в создание термоизоляции, а потом поддерживать температуру па постоянном уровне, чем по нескольку раз в день отдавать накопленное тепло в окружающую среду, а затем вновь поднимать температуру. Во-вторых, если хочешь сохранять постоянную температуру, выгоднее быть большим. Хотя крупные животные согреваются медленно, зато, накопив достаточно тепла, они медленнее с ним расстаются. Только относительно мелкие существа могут себе позволить регулярно остывать и вновь согреваться.
Тепло вырабатывается любой клеткой тела, однако большинство из них производят его совсем немного. Решающего значения в общем тепловом балансе оно не имеет. Места, где в печах полыхает пламя,– скопления бурой жировой ткани, мышцы, мозг, кишечник и другие внутренние органы тела. Больше всего дает сердце. У человека до 30 калорий в час на 1 грамм сердечной мышцы. Сердце, почки, легкие, мозг и другие органы ни на минуту не прекращают своей деятельности. Видимо, именно поэтому их «печи» горят так жарко. У человека среднего роста с массой около 70 килограммов эти органы весят примерно 5,5 килограмма, то есть всего 8 процентов, а тепла вырабатывают до70 – 75 процентов. Мышцы даже при полном покое продуцируют несколько больше тепла, чем кожа, костная ткань или белый жир. Однако в общем балансе организма оно составляет всего 15–16 процентов.
Для каждого вида животных существует свой температурный диапазон, когда им не приходится предпринимать дополнительных усилий для обогрева или охлаждения. Но чуть температура опустится, выйдет за пределы нижней границы термонейтральной зоны (эту границу называют нижней критической температурой), животным приходится прибегать к дополнительным мерам, чтобы сохранить неизменной температуру тела. Нижняя критическая температура тропических животных высока, обычно она лежит в пределах 20–30 градусов, а у самых мелких еще выше. Для малого козодоя с Антильских островов она равняется 35, для серой сойки, жительницы австралийских лесов, – 36, а для садовой овсянки из южной Калифорнии даже 38 градусам.
Теплокровные животные, чуть только их тело начинает остывать, переводят свои «печи» на форсированный режим. При этом производство тепла может увеличиться в 1,5–2 раза. Жители тропиков мерзнут даже в жару. Обезьянам холодно, когда температура воздуха в кронах, где они проводят большую часть дня, падает до + 28, а при +18 градусах, чтобы сохранить постоянную температуру тела, им приходится вдвое увеличивать интенсивность обмена веществ. Это дорогая цена, но обезьяны, не испытывающие в джунглях недостатка в калорийной пище, могут позволить себе подобную роскошь. Песец только при –40 начинает немного мерзнуть, но даже при падении температуры наружного воздуха до –70 градусов повышает уровень производства тепла всего на 50 процентов.
Мощность «печей» имеет предел. Когда она исчерпана, возникает мышечная дрожь. Это приводит к существенному усилению теплопродукции, но и ее может быть недостаточно. Только серьезная работа, сопровождающаяся значительным повышением обмена веществ, позволяет в 10 раз увеличить производство в мышцах тепла. Крупным животным, размером не меньше зайца, если термоизоляция их тела ничем искусственно не нарушена, во время усиленной мышечной деятельности падение температуры тела не грозит, конечно, пока мороз существенно не превысит величин, привычных для той местности, к которой адаптировано данное существо.
Совсем не обязательно, чтобы напряженная работа мышц сопровождалась внешней двигательной активностью. Зимой 1941 года, отличавшейся жестокими морозами, мне вместе с несколькими бойцами особого разведподразделения довелось более 10 часов кряду, все светлое время суток, провести лежа в снегу в десяти шагах от дороги, по которой непрерывным потоком двигались немецкие автомашины. Малейшее неосторожное движение могло стоить жизни. Кроме теплой одежды, от холода нас спасало умение вырабатывать тепло, быстро напрягая и расслабляя все мышцы тела. Это изматывает похуже любой тяжелой работы, но действительно позволяет согреться. Несмотря на сильный мороз, никто из нас в тот день не только не обморозился, но даже не подцепил насморка.
Почему-то к усилению мышечной активности для резкого увеличения теплопродукции прибегают, главным образом, крылатые существа. Насекомым, чтобы взлететь, необходимо поднять температуру в грудной части своего тела до 32 градусов. При более низкой температуре они не в состоянии совершать быстрых сокращений, а значит, число взмахов крыльев в единицу времени будет совершенно недостаточным, чтобы животные смогли оторваться от опоры и удержаться в воздухе. В полете поддерживать температуру тела не составляет труда. Это обеспечивается напряженной работой крыльев.
Самый распространенный способ разогрева – мелкая активная дрожь или холостая работа крыльев. К этому приему прибегают бабочки, жуки, мухи. Бражники – красивые крупные ночные бабочки с толстым массивным телом, густо покрытым длинными мохнатыми чешуйками, широко распространены на всех континентах. Живут они и в тропиках, и в умеренном климате, Большинство так или иначе связаны с лесом, а латают в сумерках.
В это время и в тропиках температура воздуха, а значит, и тела насекомых ниже полетной. Бражникам приходится предпринимать дополнительные усилия, чтобы согреться. Начинается некоординированная дрожь в их летательных мышцах и легкая вибрация крыльев, а потребление кислорода увеличивается вдвое. В процессе разогрева крылья остаются относительно неподвижными, так как мышцы, поднимающие их, и мышцы, которые их опускают, сокращаются одновременно и, видимо, развивают равные усилия.
Активное производство тепла и приличная термоизоляция волосатого тела позволяют бражнику согреваться со скоростью 4 градуса в минуту. Если воздух в ночном лесу прогрет до 10 градусов, через 5–6 минут бабочка может отправляться в путь. Интересно отметить, что нервные ганглии (координационный центр, руководящий работой крыльев) чувствительнее к недостатку тепла, чем «мотор», приводящий их в движение. Некоторые неженки, вроде бражника Мандура, не в состоянии подняться в воздух, пока не согреются до 38, а в полете поддерживают температуру тела на уровне 34–45 градусов.
Чтобы подготовиться к полету, совсем не обязательно махать крыльями. Небольшие водяные жуки из рода полоскунов живут в маленьких прудах или заполненных водой ямах, но не утратили способности летать. С наступлением темноты они вылезают из воды и, прежде чем подняться в воздух, производят низкие звуки частотою до 140 герц. Видимо, гудеть басом – дело совсем не легкое. Во всяком случае, работа мышц, необходимая для исполнения «музыкального вступления» к полету, позволяет жуку согреться.
Шмели, проникающие далеко на Север, менее требовательны к температуре. Им достаточно согреться всего до 29–30 градусов, поэтому нектар с цветов шмели могут собирать до глубокой осени, когда температура воздуха даже в солнечную погоду опускается до 5–6 градусов. В такой холод никто из конкурентов летать не в состоянии, и шмель не тратит много времени на поиски еще не тронутых и богатых нектаром цветов.
Экстренное и притом значительное повышение температуры тела с помощью активной мышечной деятельности выгодно лишь мелким и очень мелким животным. Трехграммовому бражнику, чтобы поднять температуру тела на 25 градусов, приходится затрачивать 50– 60 калорий! Подсчитайте, насколько энергоемким оказался бы разогрев существа весом 100–150 килограммов.
Среди крупных существ, способных активно вырабатывать мышечное тепло, – змеи. В Ленинградском зоопарке систематически размножается большинство обитателей серпетария, в том числе гиганты змеиного царства – питоны. Эти змеи, достигающие в длину 8– 10 метров и 60 килограммов веса, – обитатели девственных тропических лесов Старого Света. Они нападают на крупных животных и, обвиваясь кольцами вокруг их тела, душат. Недаром мышцы тела развиты у питона значительно лучше, чем у других змей. Взрослый питон легко справляется с козой, свиньей, собакой, а иногда отваживается нападать даже на леопардов.
Питоны относятся к числу немногих рептилий, которые проявляют заботу о своем потомстве. Эту функцию целиком берет на себя мать. В Ленинградском зоопарке самки тигрового питона откладывают по 40–50 яиц. Закончив эту важную процедуру, мать собирает их в кучу и обвивается вокруг кладки, делая 3–4 кольца. Получается живой «кувшин», наполненный крупными змеиными яйцами. У опытных самок горловина «кувшина» оказывается достаточно узкой, и она, как крышкой, закрывает ее отверстие своей головой. Натуралисты прошлого столетия полагали, что мать просто охраняет свое потомство. Но когда в условиях зоопарка удалось измерить температуру между кольцами «сидящей» на яйцах самки, она оказалась на 10–15 градусов выше температуры окружающего воздуха. Значит, не только охраняет, а греет, высиживает.
Нужно сказать, что в огромном теле питона, больше чем наполовину состоящем из мышц, вырабатывается много тепла, поэтому температура змеи, когда она спокойно переваривает пищу, может быть на 6–7 градусов выше температуры воздуха. Однако для нормального развития яиц нужна температура 35 градусов, поэтому приходится прибегать к мышечной деятельности. Посетители зоопарка могут наблюдать, как змея, сидя на яйцах, регулярно вздрагивает всем своим могучим телом.
Она с успехом борется за создание оптимального режима насиживания, пока температура окружающей среды не снижается до 22 градусов. В этот период обмен веществ у самки увеличивается в 10 раз, и за 80-дневное насиживание, в продолжении которого змея голодает, ее вес падает на 30–35 процентов! Вот почему, готовясь к размножению, самка усиленно питается, стараясь значительно увеличить свои энергетические ресурсы, обзавестись так необходимыми в этот период запасами жирка. Произвольная выработка тепла для насиживания яиц – в среде рептилий явление уникальное.
