Животные и континенты (Популярная зоогеография)

Уминьский Томаш

В умеренных зонах в обоих полушариях Земли снежные и холодные зимы, и в этот суровый для животных сезон здесь буквально царят теплокровные. Они ведут активную жизнь, а некоторые виды, как, например, наши клесты, даже размножаются и способны выкормить птенцов, в то время как холоднокровные животные переживают период низких температур, находясь в неактивном или даже анабиотическом состоянии. Именно поэтому в составе фауны областей с холодным климатом птицы и млекопитающие составляют относительно более высокий процент по числу видов, чем в тропиках.

Однако зима и для теплокровных животных оказывается трудным временем года. Подумайте, ведь разница температуры тела животного и окружающей среды даже в Средней и Восточной Европе, например в Польше, может иногда достигать 75 °C. Это вызывает огромную потерю тепла у живых организмов и превращается в проблему «быть или не быть».

В системе терморегуляторных механизмов организма теплокровных животных важное место

принадлежит наружным покровам тела, несущим теплоизоляционную функцию. В этом легко убедиться воочию. У птиц, обитающих в холодных районах, под кроющими перьями слой теплого нежного пуха гораздо более значительный, чем у обитателей юга. Кроме того, на севере нашего полушария не встретишь птиц с оголенными головами и шеями, таких, как грифы, сипы и казуары. Шерстный покров млекопитающих также состоит из двух слоев: остевых волос и густой подпушки под ними. Густота и теплоизоляционные свойства подпушки непосредственно связаны с особенностями среды и жизни. И вот пример, который можно увидеть в зоопарке. Приглядитесь к гималайскому (Helarctos tibetanus) и малайскому (Helarctos malayanus) медведям. Это родственные виды. Они похожи и внешне. Но гималайский медведь выглядит как «стог из шерсти», поскольку он житель холодных высокогорий, а у малайского — гладкая низкая бархатистая шерсть, как у многих зверей тропиков.

Разница в особенностях шерстного покрова хорошо бывает выражена и в пределах одного вида. Уссурийскому тигру приходится бродить в глубоком снегу, и все тело его покрыто длинной и пушистой шерстью, которая особенно длинна на загривке и на груди. А бенгальский тигр оброс короткой гладкой шерстью, почти совсем без подпушки.

Известно, что даже на стоимости мехов (например, лисиц и скунсов) сказывается то, из какого района они добыты: шкурка тем дороже, чем севернее она добыта.

Только в тропической зоне в условиях теплого климата встречаются звери, покрытые реденькой шерстью или вообще безволосые: гиппопотамы, носороги, слоны, некоторые виды буйволов.

Закон Бергмана. Шерстный покров млекопитающих, особенно густой и пышный в высоких широтах, и оперенье и теплый пух птиц защищают организм животного от переохлаждения. Однако проблема терморегуляции не решается полностью лишь с помощью различных приспособлений покровных тканей.

В 1847 году в Гёттингене было издано исследование немецкого зоолога Карла Бергмана «О связи экономии тепла у животных с их размером». Карл Бергман обратил внимание на то, что животные — обитатели областей холодного климата — по размеру обычно крупнее, чем особи тех же видов, обитающие в более теплом климате. Это не случайность, а итог жизненно важного приспособления животных, основанного на простой математической закономерности. Ведь потеря тепла происходит через поверхность тела, и, чем эта поверхность больше относительно объема тела, тем потеря тепла больше. А более крупные по объему организмы обладают относительно меньшей поверхностью на единицу веса (массы).

Если для примера взять куб со стороной в 1 сантиметр, сделанный из вещества с удельным весом 1 г куб. см, то общая площадь поверхности всех шести граней составит 6 квадратных сантиметров, а объем — 1 кубический сантиметр, то есть массу в 1 грамм. При исчислении поверхности куба на единицу массы получаем 6 квадратных сантиметров/грамм.

Если затем взять куб со стороной в 2 сантиметра, то есть вдвое большей, то поверхность шести граней составит 24 квадратных сантиметра, а объем — 8 кубических сантиметров и соответственно масса — 8 граммов. При расчете величины поверхности, приходящейся на единицу объема или массы, получается 3 квадратных сантиметра/грамм. Итак, у куба, который вдвое больше по объему, относительная поверхность оказалась вдвое меньшей.

На языке биолога эта закономерность означает, что животное с размерами вдвое большими отдает тепла вдвое меньше на единицу массы тела (естественно, при прочих равных условиях). Следовательно, более крупное животное, отдавая относительно меньше тепла на единицу веса, может потреблять относительно меньше корма, чем животное малого размера. Это означает, что при ограниченности кормовой базы легче выживает более крупное животное, чем небольшое по размеру.

Эта закономерность составляет сущность зоогеографического закона Бергмана. Примеры, его подтверждающие, многочисленны во всех частях света. Так, например, дикие кабаны из Южной Испании имеют черепа длиной в среднем 32 сантиметра, в Польше — около 41 сантиметра, в Белоруссии — 46, а в Сибири встречаются огромные кабаны с длиной черепа 56 сантиметров. Изменение размеров животных в соответствии с законом Бергмана можно наблюдать у зайцев-беляков, косуль, лисиц, волков, медведей и у других видов млекопитающих. На пространствах Европы эти звери становятся меньше в направлении к юго-западу и, напротив, увеличиваются

к северу и востоку в тех районах, где зимы суровее.

Географические изменения размеров у птиц также следуют принципам закона Бергмана. Например, рогатые жаворонки (Eremophylla alpestris), обитающие в Северной Америке, четко демонстрируют эту закономерность, о чем можно судить по изменениям длины крыла: у жаворонков с берегов Гудзонова залива длина крыла составляет 111 сантиметров, у птиц из штата Невада — 102 сантиметра, а на острове Санта-Барбара, у побережья Калифорнии, — только 97 сантиметров. Подвиды животных из холодных районов обычно превосходят по размеру особей подвидов из более низких широт с теплым климатом. Так, например, европейский голубой зимородок (Alcedo atthis ispida), красивая широко распространенная по небольшим рекам, но всюду немногочисленная птица, оказывается самой большой по сравнению с другими подвидами этого зимородка: Alcedo atthis pallida — бледным голубым зимородком, населяющим Сирию и Палестину, и бенгальским Alcedo atthis bengalensis — самым маленьким из голубых зимородков, живущим в Индии и Индонезии. Точно так же европейский подвид иволги (Oriolus oriolus oriolus) заметно превосходит по размерам восточную иволгу (Oriolus oriolus kundoo) из Афганистана и центральных районов Индии.

В южном полушарии Земли, напротив, увеличение размеров животных происходит в направлении к Южному полюсу, то есть также в соответствии с принципом закона Бергмана: размеры животных в условиях более холодного климата увеличиваются. И вот пример из южного полушария. На Галапагосских островах, в тропическом поясе, живет маленький пингвин — Spheniscus mendiculus ростом 49 сантиметров, южнее, от островов Тристан-да-Кунья до Огненной Земли, то есть в условиях умеренного океанического климата, обитает более крупный пингвин — Eudyptes cristatus, длина тела которого достигает 65 сантиметров. Еще южнее, до 60° южной широты, распространен пингвин Pygoscelis рариа, достигающий 75–80 сантиметров. На побережье материка Антарктида живет огромный императорский пингвин — Aptenodytes forsteri ростом 120 сантиметров и выше.

Если две относительно близко расположенные территории имеют сходные фауны, но различаются средними показателями температуры, то есть одна из них холоднее, то именно на ней средние размеры и млекопитающих и птиц окажутся больше. И вот примеры таких пар фаун. На южном побережье Австралии среднегодовая температура 16 °C, а на побережье Тасмании 11 °C. И этого уже достаточно, для того чтобы все тасманийские утконосы, ехидны и кенгуру были больше австралийских. Подобную же картину можно наблюдать в Новой Зеландии. Северный остров Новой Зеландии теплее Южного. Среднегодовая температура на Северном 16,6 °C, а на южном 10,4 °C. И соответственно попугаи и киви оказываются крупнее на Южном острове, а не на Северном.

Из правила, открытого Бергманом, есть исключения, которые можно понять и объяснить в каждом конкретном случае. С одной стороны, это перелетные птицы, которые, даже если и гнездятся на севере, в северном полушарии, все равно не испытывают влияния арктических холодов, поскольку быстро завершают период размножения и перемещаются в более теплые края. Мигрируя, они все время находятся в более или менее благоприятных условиях.

Другой пример представляют мелкие млекопитающие: полевки, мыши, землеройки, большую часть времени проводящие в специфическом микроклимате нор, более или менее стабильном и нередко более мягком, чем климат окружающей местности. Активные зимой под слоем снега, они находятся в условиях, существенно отличающихся от тех, которые царят над заснеженной равниной, поскольку снег оказывает большой теплоизоляционный эффект. И центре Аляски было исследовано распределение температуры на разных высотах и под снегом. Снежный покров при этом был относительно тонок — 60 сантиметров. Стояли сильные морозы. Термометр показывал —50 °C, а под слоем снега на поверхности почвы мороз не достигал и —7 °C. И в этих условиях серые полевки (род Mucrotus) вели активную жизнь и свободно передвигались в своих подснежных ходах, хотя их меховая шубка тонка, а ступни на лапах вообще не покрыты шерстью. В то же самое время олени карибу с огромным трудом переживали эти тяжелые холода. Таким образом, можно сказать, что эти два вида млекопитающих, находясь в одной и той же географической точке, существовали в совершенно различных климатических условиях, словно бы их места обитания разделены между собой десятками или сотнями миль.