Жара, духота и постоянный полумрак – вот главные впечатления, которые выносит путешественник из поездки во влажные тропические леса, из амазонской сельвы, африканской гилей, из джунглей, покрывающих острова Тихого и Индийского океанов. Для северян тропики представляются зоной вечной изнуряющей жары. Может показаться, что животные тропической зоны озабочены только тем, чтобы не перегреться и не получить солнечного удара, а над обитателями северных листопадных лесов и приполярной тайги все время висят угроза замерзнуть.
Это не соответствует действительности. Жителям влажных тропических лесов бывает холодно ничуть не реже, чем жителям Севера. В джунглях не принято одеваться в теплые шубы, и обитающие там животные, привыкнув к оранжерейным условиям существования, становятся настолько изнеженными, что страдают при самом незначительном падении температуры окружающей среды.
Как только становится прохладно, животное начинает остывать, теряет много тепла. Львиную долю тепла вырабатывают внутренние органы. Вот почему все частя тела теплокровных животных не могут иметь одинаковую температуру. Обычно поверхностные покровы и дальняя «периферия» холоднее «ядра». Такое положение противоестественно. Тепло имеет тенденцию к рассеиванию, то есть передается от более теплых предметов к более холодным, от «ядра» тела животных к его поверхности и оттуда во внешнюю среду. Таким образом, теплоотдача начинается с перераспределения тепла внутри организма. Это происходит двумя путями.
Первый – обычная теплопроводность. Если большим толстым гвоздем пробить насквозь стену, а затем паяльной лампой нагревать его головку, температура кончика, оказавшегося в соседней комнате, тоже резко возрастет. В металлах тепло распространяется очень легко. Чтобы оценить, в какой степени это свойство присуще разным веществам и материалам, познакомимся с коэффициентами теплопроводности различных веществ:
Серебро – 0,97 кал/см-сек-град.
Алюминий – 0,5 »
Сталь – 0,11 »
Вода – 0,0014 »
Ткани тела теплокровных животных – 0,0011 ».
Как видно из приведенных данных, теплопроводность тела примерно в 1000 раз ниже, чем у серебра, и это для живых организмов благо. Низкая теплопроводность не позволяет животным ни быстро прогреваться, ни стремительно остывать. Только благодаря этому мы имеем возможность успешно бороться и с жарою, и с холодом.
Потери тепла у обитателей леса происходят главным образом за счет теплопроводности: тепло организма переходит в прилегающий к телу слой воздуха и рассеивается в нем. Благодаря низкой теплоемкости и теплопроводности воздуха потери тепла не были бы велики, однако процесс теплообмена со средой этим не исчерпывается. Плотность воздуха зависит от его температуры, с ее повышением она уменьшается. Как только соприкасающийся с телом слой воздуха нагреется и его плотность уменьшится, он начнет подниматься вверх, «всплывать», а его место занимает холодный воздух, и теперь уже он воспринимает тепло тела. Этот процесс существенно ускоряется при самом незначительном ветерке. В ветреную погоду животные остывают быстрее.
Для поддержания теплового баланса огромное, иногда решающее значение имеет термоизоляция. Теплокровные животные, за очень редким исключением, одеты в шубки из меха и перьев. Качество одежды, которую они носят, находится в прямой зависимости от климатических условий.
Давайте продолжим знакомство с коэффициентом теплопроводности различных материалов, чтобы оценить теплозащитные свойства одежды четвероногих и пернатых обитателей нашей планеты:
Сухая почва – 0,0008 кал/см-сек-град.
Сухая древесина – 0,0003 »
Воздух – 0,000057 »
Мех животных – 0,000091 »
Обитатели Севера щеголяют в замечательных шубах и малахаях. Однако секрет высокого качества их одежды не в особых свойствах материалов, из которых состоят волосы и перья, а скорее в. их конструкции.
Живая часть волоса – корень, или волосяная луковица, – спрятана в толще кожи. То, что находится снаружи, – ствол волоса. В нем различают сердцевину, корковый слой и кожицу. Сердцевина волоса пориста. Воздух, заполняющий поры, делает его теплоизолятором. Корковый слой придает волосу прочность, а кожица предохраняет от химических и механических повреждений, Волос растет только в районе луковицы. Его ствол мертв.
Для борьбы с холодом используются два типа волос: пух и ость, Тонкие и нежные пуховые волосы гораздо теплее остевых, но зато не так прочны. Поэтому чисто пуховую шубку могут себе позволить лишь такие животные, как крот, что всю жизнь проводит в собственном доме. Большинство животных одеты в платье из обеих типов волос: мягкие и более короткие волосы греют, а длинные и жесткие остевые прикрывают их, предохраняя от возможных повреждений. Наконец, крупные сильные животные, вроде кабанов, лосей и оленей, пользуются не очень теплой одеждой, вытканной из одной грубой ости.
В дождевом тропическом лесу круглый год царит все тот же жаркий сезон, и поводов для смены туалетов не возникает. Но чем дальше от экватора, тем заметнее температурные различия между отдельными сезонами года. Летом даже в северных лесах теплую шубу хочется сбросить, а зимой немудрено замерзнуть и в ней. Как же быть?
Всепогодной одежды наземным обитателям Севера создать не удалось. Им приходится иметь хотя бы две перемены: легкую для лета и более теплую для зимней стужи. На 1 квадратном сантиметре летней серенькой беличьей шубки можно насчитать 4200 волос, а у зайца-беляка 8000. К зиме их шерсть становится в два раза гуще. Число волос на 1 квадратном сантиметре у белки увеличивается до 8100, а у беляка до 14 700. Разница значительна. В мороз беличья шубка годится разве что для небольших прогулок. В ней можно лишь выбежать ненадолго в лес, чтобы подкормиться. Спать на ветке белка не будет, за час-полтора она окоченеет. Другое дело заячья доха, в ней гораздо теплее. Беляк присядет под любым кустом, выроет ямку в снегу, спит и в ус не дует.
У черного гималайского медведя, обитателя наших дальневосточных лесов, хотя он всю зиму спит непробудным сном, уютно устроившись в сухом и теплом дупле, зимняя шкура в два раза лучше сохраняет тепло, чем летняя. Не отстают от него барибал, американский вариант азиатского черного медведя, и волк.
У птиц для теплоизоляции предназначены пух и перья. Построены они из рогового вещества, прочного, эластичного, упругого, да к тому же обладающего низкой теплопроводностью. Единственное предназначение пуха – предотвратить потери тепла. Вот почему у туканов и некоторых других обитателей тропического леса его нет совсем. Перья же выполняют много функций: позволяют птице летать, придают ее телу обтекаемую форму, предохраняют от травм. Защита кожных покровов от торчащих всюду сучьев, острых шипов и колючек в лесу вполне актуальна. На вид мягкий и нежный перьевой покров кажется простым украшением, но охотники знают, как хорошо он предохраняет птицу от порции дроби. Сидящую на воде утку убить гораздо труднее, чем во время полета, так как все важнейшие органы ее тела надежно прикрыты перьями крыльев.
Различают 3–4 типа перьев. Самые крупные поверхностные называются контурными, так как именно они формируют внешний вид птицы, контуры ее тела. Каждое состоит из центрального стержня (его нижняя полая часть, погруженная в кожу, называется очином) и отходящих от него бородок, несущих на себе более мелкие бородки, снабженные крючочками. С их помощью соседние бородки прочно сцепляются между собою. Одно перо может иметь несколько сотен тысяч бородок второго порядка с миллионами крючочков на них. Это делает перо очень надежной конструкцией. Если же под влиянием внешних воздействий соединение бородок нарушится и пластинка пера окажется надорванной, для птицы это не опасно. Сцепление бородок будет восстановлено в процессе ухода за оперением, на который птица тратит много труда и времени.
Ближе к очину пера расположен пух. Находящиеся здесь более длинные и тонкие бородки не имеют крючочков и не скреплены друг с другом. У некоторых птиц от этой же части стержня отходит веточка. Она несет небольшое опахало или пучок пуха.
Пуховые перья имеют более короткие и тонкие стержни, одетые длинными и мягкими, редко сидящими и не скрепленными между собой бородками. Часто стержни бывают такими короткими, что бородки практически растут пучком. Это уже не перо, а пух.
Нитевидные перья больше всего похожи на пуховые волосы млекопитающих, так как их тонкий нежный стержень не имеет бородок.
Птица кажется плотно закутанной в оболочку из перьев, но это не значит, что они сплошь покрывают все тело. Контурные растут лишь на некоторых строго определенных участках. Пух у одних птиц покрывает лишь участки, свободные от контурных перьев. Такая одежда бывает теплой. У других пух встречается только там, где растут перья. В этом случае он обычно бывает редок, а обладатели подобного оперения чаще всего живут в тропиках. Так одеты тинаму. Наконец, есть птицы, у которых все тело покрыто пухом. Это делает их шубку особенно теплой.
На теле птиц не так много перьев, пак кажется на первый взгляд. У породистой курицы немногим более 8 тысяч, а у американского лебедя 25, но 80 процентов на шее. Число перьев мелких воробьиных птиц зависит от условий их существования и колеблется от 1100 до 4600, а на теле крохотного рубиногорлого колибри умещается всего 940 перышек, но этого явно недостаточно. Одежда колибри не обеспечивает необходимой термоизоляции.
У птиц Севера, как и у зверей, две перемены одежды: для лета и зимней стужи. Летнее пальтишко воробья сшито из 3 тысяч перьев, а на зимнюю шубку идет на 400 перышек больше. К тому же сами перышки длиннее и пушистее, поэтому зимняя одежда весит на 30 процентов больше летней. И все же, когда дни становятся прохладнее и температура воздуха снижается до 10 градусов, птицам приходится в три раза увеличивать производство тепла.
Воробей относительно недавний обитатель Севера. Чиж и щегол – аборигены зоны умеренного и холодного климата – готовятся к наступлению холодов более основательно. Летом у чижа всего 1500 перьев, зимой 2100– 2400. Щегол ростом с воробья, по на его зимнее щегольское пальто идет на тысячу перышек больше.
Ни заблаговременно приготовленная зимняя одежда, ни способность автоматически регулировать уровень производства тепла не гарантируют животное от охлаждения. Если создается угроза падения температуры тела, немедленно начинаются поиски способа восстановления теплового баланса. В первую очередь приводится в порядок одежда, чтобы никуда не поддувало, Для этого необходимо принять соответствующую позу.
Прорехи одежды, места, свободные от термоизоляции, есть у большинства животных. Чаще всего они находятся на морде, животе, на конечностях. Пока олень стоит на вытянутых ногах, более половины теряемого зверем тепла уходит через участки плохо защищенной от холода поверхности тела. Но стоит ему лечь, подобрать под себя ноги, и теплоотдача сократится в 2–3 раза. Наконец, сворачиваясь, животные закрывают все «форточки» и существенно сокращают площадь поверхности тела, непосредственно соприкасающуюся с холодным воздухом.
Особенно виртуозно сворачиваются мелкие животные. Спящая в снегу лисица превращается в шар и последнюю форточку – голый кончик носа прикрывает хвостом. Такая поза дает ей возможность в пять раз уменьшить теплопотери и позволяет легко обходиться без теплого дома. Лисы зимой у нас на Севере перестают пользоваться норами и круглые сутки проводят на открытом воздухе.
Насколько важно сокращение поверхности тела, показывают шаровые броненосцы. Свернуться в плотный шар способны представители всего лишь двух видов. Они это делают в случае опасности и становятся недоступными для своих главных врагов – лисиц и волков: ни прокусить панцирь, ни развернуть плотный шар хищники не могут. Второй повод свернуться – понижение внешней температуры. Панцирь не слишком надежная защита от холода, однако свернувшийся броненосец перестает мерзнуть.
В приведенных выше табличках удельной теплопроводности различных материалов сведения о свойствах оперения отсутствуют, так как они весьма непостоянны. Одежда зверей и птиц обладает удивительным свойством: она по желанию владельцев может стать то более теплой, то начинает хуже сохранять тепло. Все зависит от того, как ее носят. Если мороз крепчает, птица взъерошит перышки, зверь распушит мех, им становится теплее. При этом число волос и перьев остается, конечно, прежним, но зато в пустотах между ними резко увеличивается количество воздуха, а он, как мы видели, обладает наиболее выраженными теплоизолирующими свойствами.
Кукша, ближайшая родственница сойки, обитающая в таежных лесах от Сахалина на востоке до Скандинавии на западе, умудряется нахохлиться даже во время полета. Это позволяет ей легко переносить самые жестокие холода.
Когда животным становится жарко, перышки, пух или волосы плотно прижимаются к телу. Одежда становится значительно тоньше, и ее теплоизолирующие свойства снижаются,
