Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий

Азимов Айзек

Когда животные в первый раз решились выбраться из воды на сушу, оказалось, что окружающая среда намного суровее, чем среда в океане, к которой животные успели приспособиться за миллионы лет.

Прежде всего температура воздуха изменялась каждый день и в каждое время года. В отдельные дни температура утром и после полудня могла различаться на 20 или 30°. Разница между зимой и летом могла составлять 100° или более. С другой стороны, в океане, за исключением тонкого слоя на поверхности тропических морей, температура оставалась постоянной каждый день, не меняясь ни зимой, ни летом. Эта постоянная температура

была близка к точке замерзания воды, но это не являлось преградой для развития жизни. Газы растворяются в холодной воде быстрее, чем в теплой, поэтому в холодной воде было больше кислорода и она могла поддерживать жизнедеятельность более крупных животных.

Самые древние формы наземной жизни, включая беспозвоночных, таких, как улитки и насекомые, и позвоночных, таких, как амфибии и рептилии, сумели приспособиться к температурным изменениям новой среды обитания. Они остались холоднокровными.

Это не значит, что кровь этих животных была заморожена. Просто их тела принимали температуру воздуха окружающей среды. Поскольку температура воздуха поднималась выше 37 °C (температура человеческого тела) всего на несколько дней в году, а в остальное время всего на несколько часов в день, температура тела холоднокровных животных всегда была ниже температуры тела человека. Эти животные обладали холодной по сравнению с нашей кровью.

Но у этой особенности были свои недостатки. Если температура воздуха опускается ниже точки замерзания воды, снижается и температура тела холоднокровного животного. Если вода в его организме замерзнет, оно умрет. Единственным способом для вида выжить в суровую зиму было, прежде чем погибнуть, отложить яйца до весны, или временно вернуться в воду (под слой льда), или мигрировать в более теплые края, или впасть в спячку в каком-либо защищенном от холода месте. Океан, кроме верхнего слоя в полярных областях, никогда не замерзает, поэтому у морских животных такой проблемы никогда не возникает.

С повышением температуры химические реакции протекают быстрее, а с понижением их скорость замедляется. Поэтому температуру в комнате можно определить по тому, как стрекочет сверчок. Эти звуки вызываются трением ножек насекомого о крылья. Частота стрекота зависит от частоты сокращения мышц, а та, в свою очередь, от скорости химических реакций в мышечных клетках и, следовательно, от температуры этих клеток и, наконец, температуры воздуха в помещении, где находится сверчок.

Химические реакции в организме холоднокровного животного проистекают с нормальной скоростью при теплой погоде. Когда температура падает, животное становится вялым.

Животное, выработавшее способ сохранять постоянную температуру тела, несмотря на атмосферные изменения, приобретает огромное преимущество над своими холоднокровными собратьями. Оно может спокойно обитать в тех областях, где слишком холодно для животных с холодной кровью. В прохладный день оно может двигаться и реагировать быстрее, чем холоднокровное животное. Оно может легко избежать поимки крупным холоднокровным существом и само поймать и съесть более мелкое.

Несомненно, что теплокровность стала ключом к более оптимальному выживанию, поэтому самые высокоразвитые современные млекопитающие и птицы являются теплокровными.

Источник тепла не представляет собой проблему. Химические реакции, происходящие в организме, способны производить тепловую энергию в изобилии. Единственная сложность — как удержать тепло в организме и

не дать ему уйти через кожу слишком быстро.

Одним из способов сохранения тепла является увеличение размера тела. Чем животное больше, тем меньше площадь поверхности его тела по сравнению с его массой. Если массу мыши увеличить в сто раз, оставив без изменений форму ее тела, она станет вырабатывать в сто раз больше тепла. Однако площадь соприкосновения мыши с окружающей средой, ее шкурка, увеличится только в десять раз, поэтому животное станет терять тепло только в десять раз быстрее.

Приведенные расчеты позволяют сделать вывод, что большим животным легче сохранять тепло, чем мелким. Это может быть одной из причин, по которой некоторые холоднокровные динозавры и родственные им рептилии достигали таких огромных размеров. Также это может объяснять большие размеры некоторых теплокровных животных, обитающих в арктических зонах: китов, моржей и белых медведей.

Кроме увеличения массы тела, существует еще один способ сократить потерю тепла. Воздух является очень плохим проводником тепла. Если слой воздуха вокруг тела животного будет сохраняться в неподвижности, то даже в холодные дни потеря тепла будет идти медленнее. Но проблема в том, что воздух не может удерживаться на месте. Даже если бы не было ветра, движения животного будут производить колебания воздуха. А именно движущийся воздух приводит к потере тепла.

Как же животному удержать воздух вокруг своего тела в неподвижности? Две различные группы животных решили эту задачу по-разному. У предков млекопитающих появилась шерсть, а у предков птиц — перья. И шерсть, и перья постепенно сформировались из чешуи. Шерсть и перья задерживают у поверхности кожи слой «мертвого» воздуха, чем уменьшают потерю тепла; при этом перья действуют намного эффективнее шерсти. Когда потеря тепла уменьшается, естественное тепло, образующееся в организме в ходе химических реакций, согревает млекопитающих и птиц даже в холодные дни.

Человек, который потерял почти все покрывающие тело волосы, стал заменять естественный покров искусственным в виде одежды в холодный день и одеяла ночью. У китов, также потерявших волосяной покров, но тем не менее вернувшихся в ледяной океан, сформировался толстый слой подкожного жира, который также хорошо препятствует потере тепла.

Когда решена проблема потери тепла, возникает трудность иного рода. В теплые дни в организме может накапливаться слишком много тепла. Во время повышенной активности скорость химических реакции увеличивается и, следовательно, производится большее количество тепла. Получается, что теплокровные животные, научившись сохранять тепло, должны научиться избавляться от него, когда возникает такая необходимость.

У нас, например, есть потовые железы, постоянно выводящие избыток жидкости на поверхность кожи. Там она испаряется, превращаясь в газ. Водяные пары обладают большей энергией, чем жидкость при той же температуре. Следовательно, чтобы жидкость превратилась в пар, нужно тепло, самая простая форма энергии. Необходимое тепло поступает из наиболее доступного источника: из кожи, с которой тесно связано потоотделение.

Другими словами, испарение потовых выделений охлаждает кожу. В прохладные дни потовые железы работают менее активно, поэтому охлаждение замедляется. В теплые дни или в периоды повышенной активности потоотделение становится более обильным, и кожа охлаждается.