Жизнь до человека
Шрифт:
Внутри же указанных пределов существует определенная температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности данного организма. И эволюция, в частности, заключается в развитии способов поддерживать внутреннюю температуру на оптимальном уровне. Для рыб эта проблема стоит в общем менее остро, чем для наземных животных, поскольку температура их среды обитания, особенно больших водоемов вроде морей, колеблется заметно меньше, чем температура земли или воздуха. В океанах ее колебания не превышают 14° С. Например, зимняя температура воды у банки Роколл, в богатом рыболовном районе Северной Атлантики, равна 9,5 °С, а летняя - 13 С.
Обитателям же суши приходится выдерживать чрезвычайно
И просто поразительно, насколько близки оптимальные температуры всех млекопитающих и птиц. Нормальная температура человека равна 36,8° С, мыши - 36,5°С, лошади - 37,7°С, а слона - 36,2° С. У певчих птиц она выше примерно на 5° С. Совершенно ясно, что процессы обмена протекают с наивысшей скоростью при температуре около 37,8° С (при дальнейшем повышении температуры многие клетки погибают).
Для поддержания температуры тела, обеспечивающей наивысшую активность, человек обзавелся целой системой специальных механизмов и действий, которые помогают ему согреваться или остывать, как того требуют обстоятельства. Проследить эволюцию этих механизмов очень трудно (а иногда и невозможно), поскольку такие их компоненты, как нервы, кровь и мягкие ткани, почти не оставляют следов в окаменел остях. Однако происхождение некоторых можно установить логическим путем.
Одним из условий успешного регулирования температуры является теплоизоляция. У человека, как и у большинства животных, имеется подкожный жировой слой - изоляционная прокладка, которая возникла у пресмыкающихся на очень ранних этапах их развития. Человек, вероятно, когда-то обладал и внешней изолирующей оболочкой - у него все еще сохраняются волосы на теле, а его близкие родственники, человекообразные обезьяны, покрыты шерстью. В настоящее время считается, что впервые волосяной покров появился у пресмыкающихся - у очень подвижных рептилий, так называемых млекопитающеподобных, направление развития которых показывает, что они могли быть покрыты шерстью. У млекопитающих волосяной покров стал прекрасной защитой от холода. К тому же они способны усиливать его теплоизолирующие свойства, поднимая волосы дыбом. Человеческий "мех" для этого, конечно, не годится, однако его редкие волоски дисциплинированно поднимаются, образуя так называемую "гусиную кожу", едва крохотные мышцы у их корней получают сигнал, что телу требуется дополнительная защита от холода.
Второй и, по-видимому, очень древний механизм регулирования температуры-это дрожь. Она создает теплоту за счет мышечной активности, причем автоматически, без сознательных усилий, каких требует нормальная мышечная деятельность. Дрожь обычна у млекопитающих и наблюдалась у пресмыкающихся и насекомых. Некоторые змеи дрожат, чтобы согреть свои яйца. В Нью-йоркском зоопарке питоны, когда температура их помещения понизилась, свертывались кольцами вокруг своей яйцекладки и начинали судорожно сокращать мышцы, что несколько напоминало человеческую дрожь.
Такое сокращение мышц способствует поддержанию
Один из механизмов, регулирующих температуру тела, способен и согревать его, и охлаждать - это система кровообращения. Кровь несет тепло от внутренних органов к капиллярам под кожей, которая отдает его избыток более прохладному воздуху. Но если тело уже охладилось, доступ крови в капилляры ограничивается и тем самым потеря тепла уменьшается.
Для защиты от переохлаждения руки и ноги человека снабжены хитроумным приспособлением, которое напоминает промышленный теплообменник, построенный на принципе противотока. Конечности теряют тепло быстрее всего-наши руки и ноги всегда замерзают первыми. Они относительно тонки, и рассеивающая тепло поверхность у них сравнительно с их объемом очень велика. Для снижения теплоотдачи артерии, несущие кровь к пальцам, расположены глубоко внутри их, и параллельно каждой тянутся две вены. Кровь, возвращающаяся в туловище по венам, получает тепло от крови, которую артерия несет к пальцам, так что капилляры отдают окружающему воздуху лишь часть тепла. Однако этот "теплообменник" в человеческом теле действует, только когда телу нужно сохранять тепло. Когда же требуется охлаждение, ток возвращающейся крови переключается на вены, пролегающие под кожей в стороне от артерий, несущих теплую кровь. Это переключение можно даже увидеть воочию: в жаркую погоду вены на руках набухают заметно больше, чем в холодную.
Как развилась эта система регулирования температуры с помощью противотока, неизвестно. Она появилась (по-видимому, независимо) у многих животных: у человека, у его дальних млекопитающих родичей китов и у таких птиц, как гуси, которые много времени проводят, стоя в холодной воде. По меньшей мере одна рыба-тунец - также обзавелась подобным приспособлением, чтобы снизить отдачу тепла воде, проходящей сквозь ее жабры, а потому ей удается поддерживать более высокую внутреннюю температуру, чем температура внешней среды. В результате тунцы гораздо энергичнее других рыб и способны быстро плыть более продолжительное время.
Хотя все млекопитающие используют кровообращение для того, чтобы и согревать и охлаждать свои тела, они, кроме того, обладают специальными механизмами, служащими только для охлаждения. Человек потеет. Влага, выделяющаяся из пор в коже, испаряется, отнимая у тела избыточное тепло. Потеют и некоторые другие млекопитающие, например лошади, однако очень многие, и в том числе собаки, добиваются той же цели, усиленно и глубоко дыша.
Почему такое пыхтение помогает собакам охлаждать тело, стало известно совсем недавно. Они быстро втягивают воздух в легкие через влажные ноздри, где он охлаждается, после чего в свою очередь отнимает тепло у внутренней поверхности глотки и легких. А некоторые млекопитающие охлаждают тело с помощью испарения еще одним способом - они вылизывают шерсть и тем самым увлажняют ее.
Главный центр, контролирующий механизмы, которые регулируют температуру тела, называется гипоталамусом и расположен у основания головного мозга. Действует он, как термостат, и очень чувствителен. Когда температура начинает повышаться или понижаться, гипоталамус дает сигнал увеличить или уменьшить ток крови. Если человек раздет, а внешняя температура опускается ниже 27 °С, кровь перестает компенсировать потерю тепла и гипоталамус для поддержания внутренней температуры "включает" дрожь. При температуре 31°С кровь уже не может обеспечить раздетому человеку достаточное охлаждение и он начинает 1 потеть.