ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ У ВОДНЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Многие тюлени и киты обитают в ледяных водах арктических и антарктических морей. При этом потери тепла в воде намного выше, чем в воздухе при той же температуре, вследствие высокой теплопроводности воды и ее большой теплоемкости.

Коэффициент теплопроводности у воды примерно в 25 раз больше, чем у воздуха, а из-за конвекции, как свободной, так и принудительной, охлаждающее действие воды обычно еще сильнее — в некоторых случаях оно в 50 и даже в 100 раз больше, чем у воздуха.

Фото 8.2. На этом поперечном срезе замороженного тюленя виден толстый слой подкожного жира, занимающий в данном случае 58% всей площади среза; остальные 42% приходятся на долю мышц, костей и внутренних органов. (Фото предоставлено Р. F. Scholander, Калифорнийский университет в Сан-Диего.)

Как же поддерживают киты и тюлени свой тепловой баланс в этих условиях? Видимо, это им вполне удается, поскольку и тех и других гораздо больше в холодных водах, чем в тропиках. Так как они не в состоянии изменить температуру воды (не мигрируя в более теплые моря), выбор возможных путей приспособления у них ограничен. Они могли бы 1) существовать при пониженной температуре тела, 2) повысить интенсивность обмена или 3) улучшить теплоизоляцию организма, сократив таким образом потери тепла.
В отношении температуры тела киты и тюлени сходны с другими теплокровными животными: она обычно близка у них к 36— 38°С (Irving, 1969). Поэтому следует рассмотреть другие пути адаптации к существованию в ледяной воде.
Интенсивность обмена была измерена у ряда тюленей и некоторых дельфинов (морских свиней; но не у крупных китов — это явно неудобное экспериментальное животное). У большинства исследованных животных уровень метаболизма в покое примерно вдвое превышал величину, которой можно было ожидать, исходя из размеров тела (Irving, 1969). У гренландского тюленя (Phoca gretilandica) — одного из арктических видов —¦ интенсивность обмена не изменялась при охлаждении воды вплоть да

Рис. 8.11. Температура поверхности кожи живого тюленя, погруженного в ледяную воду, почти равна температуре воды. У тюленей теплоизоляция обеспечивается в основном толстым слоем подкожного жира. (Irving, Hart, 1957.)

точки замерзания; иными словами, даже самая холодная вода не отнимала столько тепла, чтобы возникла необходимость в повышении теплопродукции. Таким образом, нижняя критическая температура для этого вида тюленей лежит ниже точки замерзания воды, и ее не удалось определить (Irving, Hart, 1957).
Очевидно, задача приспособления решается главным образом третьим способом — с помощью эффективной теплоизоляции. И у тюленей, и у китов имеется толстый слой подкожного жира, препятствующий потере тепла (фото 8.2). В пользу этого говорят и измерения температуры кожи; на ее поверхности температура

оказалась практически равна температуре воды (рис.

8.11). Но если это так, то тело может отдавать воде лишь очень немного тепла. Именно подкожный жир обеспечивает градиент температуры: последняя на глубине около 50 мм (соответствующей толщине жирового слоя) уже почти равна внутренней температуре тела.
Наземные арктические млекопитающие имеют иной градиент температуры: поверхность кожи под слоем меха у них в'сего лишь на несколько градусов холоднее внутренних областей тела (1г: ving, Krog, 1955); следовательно, их кожа защищена теплоизоляционным слоем снаружи. Что касается белого медведя, мех которого в воде теряет в основном свои теплоизолирующие свойства, то у него имеется толстая прокладка подкожного жира, защищающая от холода при плавании в ледяной воде. По-видимому, именно наличие этого жира позволяет белому медведю вести полуводный образ жизни (;0ritsland, 1970).
Если тюлени и киты обеспечены такой прекрасной теплоизоляцией, то как им удается избегать перегрева при потеплении воды или ускорении метаболизма при быстром плавании? Как

Рис. 8.12. Температура поверхности кожи у тюленей в воде и доздухе. Сплошной линией показано равенство температур кожи и окружающей среды. (Hart, Irving, 1959.)

можно видеть на рис. 8.12, у тюленя, перемещенного из водной среды в воздушную, температура кожи значительно .повышается. Такое повышение необходимо для увеличения теплоотдачи, так как охлаждающая способность у воздуха ниже, чем у воды. Оно обусловлено усиленным притоком крови через подкожный жир к поверхностному слою кожи, хорошо снабженному кровеносны* ми сосудами. Эта система кожных сосудов позволяет точно регулировать количество тепла, поступающего к поверхности кожи и отводимого таким образом во внешнюю среду.

Итак, главное отличие водных млекопитающих от наземных в отношении способов теплоизоляции состоит в том, что у водных животных изолирующий слой (подкожный жир) расположен глубже той поверхности, через которую происходит отдача тепла. Поэтому кровь может притекать к этой поверхности в обход теплоизоляции, и в теплой воде или при большой физической нагрузке тепло может отводиться минуя теплоизоляционный слой. Наземные же млекопитающие, у которых этот слой лежит снаружи от кожной поверхности, не способны столь эффективно регулировать потерю тепла со всей поверхности кожи, так что в случае необходимости нм приходится прибегать к другим способам теплоотдачи (рис. 8.13).

Рис. 8.13. Когда возрастает потребность в отдаче тепла, теплоизоляция, обеспечиваемая подкожным жиром, может быть «отключена» благодаря притоку крови к коже. Иначе дело обстоит с мехом, который расположен поверх кожи, так что «обойти» его невозможно.

<< | >>

Источник: Под ред. Е. М. Крепса. Физиология животных. Приспособление и среда, Книга I. 1982

Еще по теме ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ У ВОДНЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ:

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -