БОСОНОЖКИ ИЛИ ВАЛЕНКИ?

В комплект зимней одежды, кроме шуб и малахаев, обязательно входит теплая обувь и рукавицы. В босоножках, как известно, на морозе долго не продержишься, да и рукавички зимой не помешают. Звери и птицы утепляются кто как может. Подошва на их лапах из толстой кожи. Она значительно снижает теплопотери. К зиме шерсть и перья, покрывающие конечности, становятся особенно густыми. Интересно, что они растут не только на пальцах, но и между ними, да так густо, что снизу прикрывают подушечки лап. Получаются настоящие теплые валенки. Такой обувью к зиме обзаводятся многие животные.

Зоологи утверждают, что она выполняет несколько функций. Например, предохраняет лапы наших северных лис от порезов об острые льдинки. Но это ни о чем не говорит. Подобное предназначение имеет и наша обувь. Однако при конструировании зимних сапог необходимость надежной термоизоляции ставится во главу угла. То же самое относится к птицам. Зимой перья на лапах белых куропаток растут так густо, что пальцы трудно обнаружить.

Теплая зимняя обувь – закономерное явление. Удивляет другое, что некоторые звери и птицы к зиме не заводят себе ничего теплого. Приглядитесь к голубям, в чем они шлепают зимою по снегу. А воробьи, синицы, снегири? Можно считать, что босиком. Конечно, кожа на лапах значительно толще, чем на других частях тела, да к тому же покрыта чешуйками, по от холода спасти не может. Как же удается так легкомысленно одетым птицам благополучно переносить суровые зимы?

Голые ноги птиц создают по меньшей мере три серьезных проблемы: лапы не должны отмерзнуть, они обязаны в полной мере выполнять свои функции и, наконец, не стать причиной для резкого охлаждения всего организма. Нужно сказать, что природа успешно справилась со всеми этими затруднениями.

Зимой в морозы температура лап значительно ниже, чем остального тела. Но это не приводит к заметному снижению их работоспособности. Это объясняется самой конструкцией конечностей. Приглядитесь к куриным лапам. На голых частях лап мышцы практически отсутствуют. Все они расположены выше, сюда, вниз, спускаются лишь сухожилия, простые механические тяги, от которых требуется лишь прочность, эластичность и достаточно скользкая поверхность, чтобы уменьшить трение. А на ту часть ноги, где находятся мышцы, у птиц надеты теплые штанишки из пуха и перьев.

Охлаждение конечностей нарушает функцию нервов. Если температура нервных волокон упадет до 15 градусов, проведение по ним нервных импульсов может полностью прекратиться, что вызовет нарушение подвижности, так как, не получив необходимых команд, мышцы работать не будут. Птицам и северным млекопитающим такая беда грозит меньше, чем их южным родственникам. Периферическая нервная система северян способна работать при очень низких температурах. У хомячков большой берцовый нерв продолжает выполнять свою функцию даже при снижении температуры лап до 3,5 градуса.

Такими свойствами обладают не все нервы. Даже разные участки одного и того же нервного волокна значительно отличаются друг от друга по устойчивости к охлаждению. У птиц на участке нерва, проходящем по голени, проведение импульсов прекращается уже при снижении температуры до 12—15, а в его плюсневой части лишь при 3—4 градусах.

Хотя у некоторых северных птиц лапы одеты до безобразия легкомысленно, они в морозы не обмораживаются. Правда, для этого пернатым приходится вырабатывать много тепла. Важно отметить, что опасность отморозить ноги грозит птицам лишь в период активности. Во время отдыха птицы за редким исключением прячут их в свое оперение, создавая тем самым вполне сносные температурные условия.

Наконец, самая важная, глобальная проблема птиц – общее охлаждение. Горячая кровь с температурой порядка 41—42 градусов, поступая в птичьи лапы, должна здесь остывать и, возвращаясь обратно резко охлажденной, могла бы в считанные минуты вызвать общее охлаждение тела, а затем и гибель птицы. Этого не происходит благодаря удивительным приспособлениям – противоточным теплообменникам. Конструктивный принцип этих устройств тот же, что и в современных системах принудительной вентиляции.

Крупные концертные залы необходимо усиленно проветривать. Зимой огромные количества свежего холодного воздуха, чтобы не заморозить зрителей, приходится согревать до комнатной температуры. Раньше на это тратили немало энергии. Современные системы вентиляции обходятся дешевле, так как они позволяют использовать тепло отработанного воздуха.

Устройство теплообменников несложно. Наружный холодный воздух из общего коллектора поступает во множество труб малого диаметра. Они проходят внутри канала, по которому течет теплый отработанный воздух. К концу пути свежий воздух, отобрав тепло отработанного воздуха, хорошо согревается, а изгоняемые из помещения газы охлаждаются до уровня наружной температуры.

В живых теплообменниках использован тот же принцип, только они работают значительно эффективнее. Вены, по которым охлажденная в лапах кровь возвращается в сердце, делятся на множество веточек и своеобразным футляром оплетают веточки артерий, снабжающих ноги теплой кровью. Контакт между венами и артериями здесь такой полный, что венозная кровь, забирая у текущей ей навстречу артериальной все ее тепло, нагревается до 39—40 градусов и, следовательно, не охлаждает тела птицы, когда попадает в сердце.

Теплообменники работают настолько совершенно, что пока температура наружного воздуха не опустится ниже нуля, потеря тепла через «голые» ноги составляет у птиц не более 1,5 процента от всех ее теплопотерь. В морозы они, конечно, возрастают, так как голые конечности приходится слегка согревать.

Обитатели тропического леса тоже пользуются теплообменниками. В первую очередь они необходимы медлительным существам, по многу часов подряд сохраняющим неподвижность, так как их лапы покрыты относительно короткой и не очень густой шерстью. У ленивцев особенно хорошо защищены теплообменниками передние лапы. Большую часть жизни звери проводят в подвешенном состоянии спиной вниз, и не будь этого устройства, их лапы-крючья стали бы терять много тепла.

У лемура, медленного толстого лори, теплообменники лучше развиты в задних конечностях. Животные чаще всего подвешиваются к ветвям с помощью задних ног, а передние используют, чтобы срывать фрукты, ловить птиц и насекомых. Пойманную добычу они неторопливо съедают, не меняя своей экзотической позы.

Еще один путь потери тепла – работа органов дыхания. Холодный воздух по дороге в легкие согревается в дыхательных путях, иначе он вызвал бы охлаждение глубинных районов тела, а затем и всего организма. Это происходит в теплообменниках. Они размещаются в носу. В принципе чем нос длиннее, тем более крупный и совершенный обменник может здесь поместиться.

Носовые ходы, через которые в организм поступает наружный воздух, у большинства млекопитающих перегорожены неполными перегородками, отходящими от боковых стенок. В результате начальный участок дыхательных путей имеет вид сообщающихся между собой полостей, благодаря чему воздушные потоки несколько раз меняют направление и перемешиваются. Стенки этих полостей выстланы слизистой оболочкой, снабженной многочисленными сальными железками.

Непосредственно под тонким эпителием оболочки лежат обширные сосудистые сплетения. Кровь в этих сплетениях движется неторопливо и успевает отдать часть своего тепла вдыхаемому воздуху, в результате чего его температура поднимается почти до температуры тела. Трудно поверить, но у мелких животных воздух за каждые 2 миллиметра пройденного пути успевает нагреться на 1—1,2 градуса! В конце дыхательного цикла отработанный воздух выводится из организма тем же путем и по дороге возвращает заимствованное у крови тепло тому же сосудистому сплетению. Поэтому потери тепла совсем невелики.

ГОЛЬ НА ВЫДУМКИ ХИТРА

Солнечные лучи несут на Землю много энергии. Пик солнечной радиации падает на видимую часть спектра. Кроме того, солнечные лучи содержат невидимые для человеческого глаза более короткие волны ультрафиолетового диапазона, оказывающие на все живое глубокое специфическое влияние. Их роль в жизни природы – особая тема, и здесь мы ее касаться не будем.

Для терморегуляции гораздо существеннее длинноволновая часть солнечного излучения – инфракрасные, или тепловые лучи. Для них, как и для видимой части солнечного спектра, воздушная атмосфера прозрачна, но зрительные рецепторы эти лучи не воспринимают. Зато мы прекрасно ощущаем их с помощью тепловых кожных рецепторов.

Солнечные лучи, в том числе тепловые, падая на какую-то поверхность, могут быть поглощены ею или от нее отразиться. Одни предметы поглощают все или почти все падающие на них лучи. Такое тело условно называют «черным». Реже встречаются объекты, способные отразить все достигающие их лучи. В обиходе поверхность, хорошо отражающую электромагнитные волны светового диапазона, принято называть зеркалом.

Живые существа нечасто обладают свойствами, делающими их абсолютно «черными» телами, во всяком случае, в отношении видимой части солнечного спектра. Еще реже они наделены достоинствами идеального зеркала. Для инфракрасных лучей и кожа, и мех, и перья любого цвета являются «черными» телами и поглощают тепловые лучи если не полностью, то, во всяком случае, на 98 процентов.

Способность поглощать световые лучи очень важна для холоднокровных животных. Она помогает им быстро согреваться, с максимальной полнотой используя энергию солнечных лучей. Их теплом регулярно пользуются насекомые и рептилии, умеющие очень точно регулировать количество получаемой энергии.

Утром, когда тропическое солнце поднимется над островом Маврикий и упрется своими лучами в стволы деревьев, растущих по окраинам лесных полян и по обочинам дорог, на их шероховатой коре, широко раскинув лапки, распластываются изумрудно-зеленые с вишневыми крапинками дневные гекконы. Прелестные ящерицы всем своим маленьким телом «впитывают» солнечные лучи. Но пройдет немного времени, гекконы согреются и уберут под себя лапки, чтобы сократить освещаемую солнцем поверхность и замедлить дальнейшее повышение температуры тела. Еще несколько минут, и ящерицы с освещенной солнцем стороны ствола переползают на его боковую поверхность, по которой лучи лишь скользят. Но и здесь задерживаются недолго. Их температура достигла необходимых кондиций, и, чтобы избежать перегрева, животные уходят в тень.

Для бабочек теплоприемниками служат крылья. Утром, выбравшись на освещенную поверхность, перламутровка расправляет крылья и садится так, чтобы солнечные лучи падали на них строго перпендикулярно. Такую позу бабочка сохраняет, пока не нагреется до 35 градусов, и тогда начинает экспериментировать, двигая крыльями и ставя их под различными углами к солнцу, пока не найдет такого положения, при котором дальнейшее нагревание прекратится. По мере того, как солнце у нас на Севере поднимается все выше, ей приходится несколько раз менять позу. Наконец она складывает крылья и держит их ребром к солнцу, максимально сокращая размеры поверхности, согреваемой прямыми солнечными лучами, а если становится совсем жарко, перелетает в тень.

Вполне понятно, что животные пользуются не только непосредственной энергией солнечных лучей. В начале лета, пока погода на Севере неустойчива, живородящая и прыткая ящерицы покидают свои укрытия лишь в солнечную погоду, да и то не раньше 10—11 часов утра, когда воздух становится достаточно теплым. Чтобы согреться, они ищут не просто освещенную солнцем поверхность, а выбирают уже прогретое место. Здесь, прижавшись брюхом к теплому субстрату и подставив спину солнечным лучам, они согреваются быстрее. Даже в прохладную погоду ящерицы за 20—25 минут умудряются поднять температуру тела до 33—37 градусов.

Накопив достаточно тепла, животные уходят в тень. А вечером, когда снова становится прохладно, ящериц можно встретить лишь на крупных пнях, камнях и стволах деревьев, хорошо нагретых за день и еще не успевших отдать накопленное тепло. Эти аккумуляторы тепловой энергии предохраняют животных от охлаждения. В холодную погоду пауки располагают свои тенета над самой землей, а когда устанавливается тепло, вешают их значительно выше, где не так сказывается жар нагретой за день почвы и обдувает ветерок.

Животные, если им нужно извлечь из солнечных лучей больше энергии, должны быть «смуглыми». Однако в светлое время дня им нельзя много времени проводить на солнце. В темной «рубашке» можно перегреться, погибнуть от теплового удара. Чтобы этого не случилось, некоторые животные научились «переодеваться» и облачаются в одежду, соответствующую погоде: в жару носят светлые костюмы, а когда похолодает, надевают темные. Благодаря этому квакши, хамелеоны, южноамериканские игуаны, палочники и другие насекомые поддерживают температуру своего тела на оптимальном уровне.

Источники тепла можно найти везде. Некоторые виды лягушек проникли за полярный круг и не чувствуют себя здесь временными жильцами, хотя боятся самых незначительных морозов. Поэтому осенью амфибиям приходится загодя подыскивать зимние квартиры. Чаще всего это не промерзающие до дна водоемы. Зарывшись в ил или забившись под коряги и камни, проводят северные амфибии долгую и холодную зиму. Не слишком тепло, но жить можно. Морозов под водой не бывает. Температура воды всегда остается выше нуля.

Их южные родственники тоже постоянно пользуются теплом то воды, то почвы, то непосредственно солнца. Изнеженная квакша, трескучий, сверчок, постоянно меняет резиденции. День она проводит на деревьях, греясь на солнце, с наступлением темноты перебирается к водоемам напрогретые за день пляжи, а когда песок остынет, принимает теплые ванны. Нырнет в водоем, согреется и снова вылезет на берег. Ночь для трескучих сверчков время обеда, а ловить добычу в воде они не умеют.

Водяным отоплением пользуются в своих жилищах и белее крупные звери, Бобры, перегородив плотинами лесные ручьи и речки, строят на образовавшихся озерках большие надежные хатки, вход в которые открывается под водою. Похожие «хижины» сооружают ондатры или роют в береговых откосах норы. Близость воды не позволяет температуре в их жилищах опускаться слишком низко. Это особенно важно именно для ондатры – широко акклиматизированного в нашей стране американского зверька, который у себя на родине не сталкивается с особенно сильными морозами. Ее зимняя шубка мало отличается от летней. Она повышает теплоизоляцию животного всего на 14 процентов. В некоторых местах, куда проникла ондатра и где по всем признакам чувствует себя совеем неплохо, нередки морозы до —40 градусов. Там для зимних прогулок нужна более теплая одежда. В сильные холода покидать жилище для ондатры опасно. Даже в более слабый мороз до —10—15 градусов этот зверек может продержаться лишь несколько часов.

Греются у воды даже типично сухопутные птицы, чья жизнь не связана с водоемами. Мудрые вороны, если поблизости есть озера с теплыми ключами или быстрые реки, все свободное от кормежки время проводят, рассевшись по краю полыньи. При этом птицы не забывают предварительно определить направление ветра и занимают подветренную сторону, так что воздух, чуть подогретый открытой водой, сносится в их сторону.

Многие птицы и звери широко пользуются теплом горячих источников. В их числе японские макаки. Эти северяне, не в пример своим южным родственникам, носят шубки из густого и, видимо, теплого меха и такие же меховые шапки, закрывающие не только голову, но и уши. Из густого меха выглядывает лишь обезьянья мордочка. Со стороны может показаться, что это не природная униформа, а действительно надетый на тело животного меховой комбинезон с капюшоном, немного свободноватый, сшитый на вырост.

Живут макаки в горных лесах острова Хонсю. Питаются, как и все обезьяны, листьями, молодыми побегами и плодами многих растений. Не пренебрегают и корою. Большим подспорьем в их питании служат нежные водные растения и различные беспозвоночные. Обезьяны не избегают воды, умеют плавать и даже нырять. Так что добывать корм из воды для них не проблема.

Хонсю не тропический остров. Зимою здесь нередки морозы ниже —5 градусов и выпадают глубокие снега. Для обезьян это не трагедия. Они прекрасно приспособились к передвижению по заснеженной целине и умеют выкапывать из-под снега корм. Пережить холода помогает масса горячих источников, возле которых создается более подходящий микроклимат. Чтобы согреться, макаки принимают горячую ванну. Они по многу часов проводят в воде, нежась в ее теплых струях. На фоне глубоких сугробов, покрывающих берега ручьев, маленькие «человечки», забравшиеся в воду прямо в теплых шубках, выглядят довольно странно.

У ЧУЖОЙ ПЕЧКИ

Когда животные живут сообществами или семьями, они в холодную погоду могут собираться вместе и обогревать друг друга. Пищухи, как и другие северные птицы, зимой ночуют тесными группами, забившись в чащу густых хвойных ветвей. Это позволяет экономить много энергии. Лесные сони на зиму забираются в теплое дупло или в сухую нору и впадают в зимнюю спячку, которая у нас на Севере может продолжаться семь месяцев. Обычно этот период зверьки коротают небольшими компаниями. Для тесно прижавшихся друг к другу пушистых комочков не так страшны морозы.

Скучивание позволяет резко сократить общую площадь тела, непосредственно соприкасающуюся с наружным воздухом, и во много раз уменьшить теплопотери. Это особенно важно для детенышей и птенцов, которых родители надолго оставляют одних, отправляясь на поиски корма. Самки некоторых сов откладывают яйца с большими интервалами. В результате в одном гнезде можно увидеть и совсем маленького птенчика, одетого в пуховый наряд, который, однако, не спасает его от холода, и уже хорошо оперенных, неплохо утеплившихся старших братьев или сестер. В такой компании малыш не замерзнет.

Обычно родители обогревают своих детей, служат им печкой. Тетерка, низко опуская крылья и прикрывая ими своих малышей, создает им более теплый микроклимат. Белка в холодную погоду прикрывает своим телом бельчат, не давая им замерзнуть. Детеныши приматов (лемуров, низших и высших обезьян) первые месяцы жизни проводят на теле своей матери, крепко уцепившись за ее шерсть. Здесь тепло, уютно и безопасно. Еще один пример – насиживание яиц, обогревание их родителями. Без притока тепла извне развитие яиц невозможно.

Теплокровные животные породили тепловой паразитизм, или тепловое нахлебничество. Использование живых организмов как удобных источников тепла широко распространено в природе. Некогда на бескрайних просторах североамериканских прерий странствовали тысячные стада бизонов. Их сопровождали небольшие, чуть крупнее воробья, насекомоядные птицы, освобождая гигантов от многочисленных паразитов, живущих в их густой шерсти. За симбиотические отношения с крупными копытными эти пернатые получили название воловьих птиц. Зимой в холодные ветреные ночи бизоньи дезинсекторы проделывали норки в густой шерсти своих четвероногих подопечных и обогревались их теплом.

Для птиц сожительство с бизонами блестящая находка: сытно, тепло и безопасно. Кто рискнет напасть на такого покровителя? А для копытных тоже прямая выгода – освобождение от паразитов. Интересно, что воловьи птицы, видимо, привыкнув к постоянному тепловому паразитизму, разучились делиться теплом даже с собственными детьми. Они, как наши кукушки, не вьют гнезд и не высиживают птенцов, а подкладывают яйца в гнезда других птиц.

Не следует думать, что пользоваться биологическим теплом способны только мелкие животные, заимствующие его у своих более крупных соседей. Нередко бывает и наоборот, но для этого необходимо, чтобы крохотных производителей тепла было очень много. У тепловых паразитов наибольшей популярностью пользуются гнилостные бактерии. Мы сами прибегаем к их помощи, набивая парники биологическим топливом.

Жизнь большеногих, или, как их еще называют, сорных, кур, обитающих в лесах Южной Австралии, на Новой Гвинее и ближайших тропических островах, покрытых буйной растительностью, целиком зависит от гнилостных бактерий. Нельзя сказать, что они облегчают жизнь птиц, зато избавляют их от однообразия длительного насиживания, а заодно и от приятных, хотя и обременительных, хлопот по уходу за собственными детьми.

Как известно, сорные куры гнезд не вьют. Вместо этого самцы, взявшие на себя все заботы о снесенных яйцах, научились пользоваться услугами наемных истопников. Не в пример нашим домашним безмозглым курам, они оказались башковитыми ребятами и, можно сказать, свершили настоящую техническую революцию, овладев строительством инкубаторов и полностью отстранив несушек от обязанности высиживать цыплят.

Большую часть жизни мужская половина удивительных птиц занята своим грандиозным инкубатором. Им служит огромная куча гниющего мусора, сложенная где-нибудь на лесной прогалине. Трудно поверить, что его соорудила не очень крупная птица. Работая от зари до зари, будущий отец из листьев, веток и земли воздвигает громадный холм до 15 метров в диаметре и до 4– 6 метров в высоту. По масштабам птицы – это египетская пирамида.

Мокрые листья под слоем земли гниют и так нагревают инкубатор, что большеногам время от времени приходится разрывать вершину, предотвращая перегревание, иначе из яиц вместо цыплят могла бы получиться яичница.

Самки никакого участия в сооружении инкубатора не принимают. Они навещают поглощенного заботами самца только для того, чтобы отложить очередное яйцо. В ожидании самки хозяин инкубатора роет недалеко от вершины холма длинную глубокую нору. У ее входа самка откладывает яйцо, а дальше оно скатывается само. Когда в положенный срок, через два с лишним месяца, из яйца вылупится птенец, никто не помогает ему выбраться на поверхность. Малыш сам за 15—20 часов напряженного труда прокапывает ход до метра в длину. Осторожно осмотревшись по сторонам, выбирается он из кучи и, кубарем скатившись к подножию инкубатора, спешит спрятаться в ближайшей чаще.