Занимательная физиология - Борис Сергеев

Пойкилотермные животные тоже иногда могут повышать свой обмен, но происходит это у них гораздо проще. Они начинают усиленно питаться, больше «сжигают» корма, создавая больше тепла. Самый разительный пример — пчелы. Каждая отдельная пчела, как и любое другое насекомое, не может поддерживать температуру своего тела. Но пчелиная семья, как целостный самостоятельный организм, теплокровна. Пчелы в отличие от остальных насекомых на зиму не засыпают. Брошенные в своих маленьких домиках на произвол снежных вьюг, они и в зимнюю стужу при −30 градусов остаются активными, а температура их «зимнего клуба» может в это время достигать +35.

«Клуб» создается с наступлением зимних холодов. Как только температура наружного воздуха понизится, пчелы собираются вокруг ползущей по сотам матки в большой плотный шар. Пчелы, находящиеся внутри, поближе к матке, усиленно питаются, «сжигая» много высококалорийного меда, и выделяют при этом массу тепла. Пчелы наружных слоев шара согреваются этим теплом и, сбившись в плотную массу, не дают остывать своим сестрам. Когда же мерзнуть им становится невмоготу, они расталкивают своих соплеменниц и пробираются внутрь, обнажая лежащий под ними пчелиный слой. В таком однообразном движении проводят они всю зиму, съедая за это время не один килограмм меда.

Особенно много тепла у пчел выделяют личинки. И не мудрено. Кормилицы кормят своих подопечных около 1300 раз в сутки. Однако в холодную погоду разбросанные по отдельным ячейкам личинки обогреть себя не в состоянии, и, чтобы расплод не погиб, а для его существования температура в гнезде должна равняться 35 градусам, рабочие пчелы плотным слоем собираются на сотах, собственными телами предохраняя личинок от холода. Если и этого недостаточно, наседки, тесно сгрудившись, начинают переминаться с ноги на ногу, взмахивают крыльями и дрожат, стараясь повысить температуру своих тел и спасти расплод.

Постоянную температуру пчелы поддерживают лишь в центре улья, где растет и развивается их потомство. На периферии она может быть значительно ниже. Но это ничего не значит. У теплокровных животных постоянной может быть тоже лишь температура в глубине организма. Температура кожи и особенно конечностей значительно ниже. В плавниках китов и тюленей, в конечностях горных козлов и северных оленей она может опускаться ниже 10 градусов. Интересно, что и при такой низкой температуре работоспособность мышц у этих животных не падает.

Вероятно, способность без вреда для здоровья переносить частичное охлаждение тела вырабатывается путем тренировки. Северяне даже в жестокие морозы не защищают кожу лица. Австралийские аборигены легко переносят охлаждение ног до 12–15 градусов. В холодные ночи они, как обычно, спят прямо на земле у слабо тлеющих костров, ничем не прикрывая свое тело от холода. При этом согревается лишь одна сторона тела, другая сторона и конечности остаются холодными. Европейцы, безусловно, так спать не могут. Мы обычно просыпаемся уже при очень незначительном понижении температуры нижних конечностей.

Охлаждение конечностей для водных животных — важная проблема. Тело китов и тюленей завернуто в толстый слой жира, в котором кровеносные сосуды развиты очень плохо. Через жир эти животные, обитающие обычно в очень холодной воде, почти не отдают тепло. Совсем другое дело плавники и ласты. Жиром они не защищены, а кровеносная система здесь развита очень сильно, ведь работающим мышцам необходим значительный приток крови. Горячая кровь, поступая в конечности, выносит через эти естественные прорехи большое количество тепла. Ластоногие не могли бы существовать, не будь у них одного замечательного приспособления.

Крупные артерии, по которым у китов и тюленей в плавники и ласты течет горячая кровь, оплетены густой сетью мелких вен, по которым охлажденная на периферии кровь возвращается обратно в сердце. Благодаря этому артериальная кровь, еще до того как попадет в мышцы, отдает венозной большую часть своего тепла и в дальнейшем почти не охлаждается, а нагретая венозная кровь возвращается в общее русло и не охлаждает организм. Удивительный теплообменник, сконструированный самой природой, позволяет крови, уходящей на периферию тела, оставлять весь излишек тепла на пороге жирового барьера. Аналогичные приспособления есть в подмышечных впадинах пингвина, которые препятствуют утечке тепла через его ласты.

Другой прорехой в теле теплокровных животных, через которую в организм проникает холод, служат легкие. Холодный воздух соприкасается там непосредственно с кровью. Внутренняя поверхность легких очень велика (у человека среднего роста она приблизительно равна 90 квадратным метрам, а это почти в 50 раз больше всей поверхности кожи), и можно было бы ожидать, что кровь в них сильно охладится и ее температура станет ниже температуры тела, что, в свою очередь, неизбежно вызовет охлаждение всего организма. Но этого не происходит. При высоких температурах окружающей среды температура оттекающей от легких крови становится ниже, чем притекающей, а на холоде, наоборот, выше. Правда, изменения очень незначительны, не более 0,03 градуса, но этого оказывается достаточно, чтобы зимой и летом поддерживать постоянную температуру тела.

Почему оттекающая от легких кровь в жаркую погоду оказывается охлажденной, понятно: тепло расходуется на испарение. Каким образом она в холодную погоду подогревается, удалось понять сравнительно недавно. О том, что воздух, проходя через дыхательные пути, еще в носовых пазухах, гортани, трахее и бронхах частично подогревается и смешивается с имеющимся в них теплым воздухом, благодаря чему происходит значительное сглаживание разности температур, знали давно. И все-таки приходящий зимой в легкие воздух даже после этого остается значительно холоднее крови и должен ее охлаждать. Наблюдающийся же в действительности подогрев объясняется тем, что легкие у человека и теплокровных животных выполняют функцию теплопродукции, являясь одним из основных источников тепла в организме. В легочной ткани много высококалорийных жиров. В холодную погоду (только в холодную!) они «сгорают», выделяя большое количество тепла, и создают защитный тепловой барьер, препятствующий охлаждению организма. Таким образом, и эта прореха организма надежно прикрыта.

Человек охлаждается, испаряя воду в легких и с кожи. Многим животным охлаждаться сложнее. У грызунов нет потовых желез. Когда жарко, грызуны начинают учащенно дышать, все больше и больше испаряя из легких воды. Аналогичным образом охлаждают себя собаки и коровы.

Если учащение дыхания не спасает грызунов от перегревания, они начинают увлажнять свою шерстку слюной. Так же поступают опоссумы и австралийские сумчатые — жители жарких пустынь.

Пчелы используют и испарение и вентиляцию. Когда температура в улье угрожающе поднимается, одни из них разбрызгивают по сотам воду. В это время другие, выстроившись рядами у летка, усиленно машут крыльями, устраивая ураган внутри своего дома и ускоряя испарение.

Не легко охлаждаться водным животным. Хотя вода в 20–27 раз теплопроводнее воздуха, тело китов и тюленей одето в такое толстое одеяло из жира, что практически не охлаждается. Если бы не было специальных приспособлений, кит мог бы, видимо, закипеть, ведь при движении со скоростью 36 километров в час в его теле вырабатывается столько тепла, что каждые 5 минут температура должна была бы возрастать на 1 градус. Охлаждаются киты и тюлени благодаря сосудистым сплетениям кожи. Пока киту холодно, артерии, проходящие к коже через слой жира, сжаты и сплетения запустевают. Во время движения температура тела повышается, тогда горячая кровь выносится в кожу для охлаждения.

Существует и второй механизм. Усиленная работа мышц всегда приводит к повышению кровяного давления. Естественно, что при этом артерии, идущие в ласты, расширяются и пережимают тесно оплетающие их вены. Кровь из ласт начинает оттекать по ранее не функционировавшим венам, тем самым работа теплообменника нарушается и тепло через ласты отдается окружающей воде.

У китов есть еще один способ снизить температуру тела. Когда им жарко, они начинают прополаскивать рот и носовую полость холодной водой и выпускать подогретую в виде мощных фонтанов.

Если все-таки энергичное противодействие организма не дало необходимого эффекта и температура тела продолжает повышаться, может наступить шок, который возникает вследствие теплового повреждения мозга. Интересно, что при согревании извне переносимая температура значительно ниже, чем при эндогенном (возникшем вследствие собственных процессов жизнедеятельности) повышении температуры тела. Человек теряет сознание, когда его температура под влиянием лучей солнца или теплого воздуха повышается всего лишь до 38,6 градуса, в то время как при очень интенсивной работе она без всяких вредных последствий может достигать 40, а при лихорадке, вызванной болезнетворными микроорганизмами, даже 42 градусов.