Следующий раздел: 2. Строение человека и не Выше по контексту: Проект Краткая Энциклопедия Биология (Вопросы Предыдущий раздел: Проект Краткая Энциклопедия Биология (Вопросы   Алфавитный индекс

Разделы

1. Животный мир

1.1 Почему не бывает очень больших животных

Вопрос: Почему не бывает очень больших животных?

Ответ: Называя животных большими и маленькими, человек оценивает их размеры относительно своих собственных размеров, и при этом далеко не всегда задумывается над тем, что сам он -- достаточно крупное существо. Между тем длина тела большинства млекопитающих не превышает 32 см. Таким образом, при среднем росте около 175 см современный человек в 5 - 6 раз крупнее ``среднего млекопитающего'' по линейным размерам.

Однако, линейные размеры не всегда являются удобным показателем для оценки величины организма. Попробуйте найти подходящее направление измерений для сравнения величины жирафа и носорога! Поэтому биологи предпочитают измерять массу организма. Процедуру взвешивания можно провести с большой точностью и без больших осложнений за исключением тех случаев, когда приходится взвешивать таких крупных животных, как слон или кит. Кроме того, зная массу, легко оценить объем тела, поскольку плотность тканей почти всех животных примерно равна 1,0 г/см$ {}^3$.

Так насколько же сильно живые существа отличаются друг от друга по своей массе? Судите сами: самый маленький и самый крупный организмы -- микоплазма (10-13 г) и голубой кит ($ 10^8$ г) -- различаются по массе в $ 10^{21}$ раз. Задумайтесь, что означает это число. Представьте себе гигантское существо, которое больше голубого кита в $ 10^{21}$ раз. Объем этого сверхгиганта был бы в 100 раз больше объема Земли! При этом не следует забывать, что существуют вирусы, которые меньше микоплазмы, и растения, которые в 10 - 15 раз больше самых крупных китов.

Учитывая всю относительность понятия ``очень большое животное'', более интересными представляются следующие вопросы, касающиеся размеров животных. Почему во многих группах животных эволюция шла в направлении увеличения их размеров? Существует ли предел максимальных размеров для животных? Если да, то чем он может быть обусловлен? К сожалению, не существует коротких однозначных ответов на поставленные вопросы. Поэтому здесь мы укажем самые общие представления по данной теме. Более подробную информацию читатель сможет найти в указанной ниже литературе.

Итак, каковы последствия увеличения размеров животных?

1.
Увеличение размеров тела сопровождается возрастанием абсолютных, но снижением относительных потребностей в пище (потребностей в пище на единицу массы тела). Это означает возможность расширения пищевой ниши. Другими словами, мелкие животные должны либо потреблять богатую энергией пищу, либо кормиться беспрерывно, в то время как более крупные животные могут обойтись и менее качественными пищевыми продуктами.

2.
Укрупнение животных сопровождается расширением территории, на которой они ведут поиск пищи. Возрастает мобильность животных.

3.
Увеличение размеров тела сопровождается изменением отношений хищник -- жертва.

4.
Как правило, увеличивается продолжительность жизни животного.

5.
Замедляются темпы размножения животных. Низкая плодовитость приводит к тому, что случайная гибель одного детеныша более сильно отражается на общем росте численности популяции крупных животных по сравнению с мелкими. Вследствие этого крупные животные должны уделять больше внимания и времени заботе о своем потомстве. Это может сопровождаться усилением общественных отношений среди животных (кооперация, взаимопомощь и т.п.).

6.
Увеличение размеров животных может сопровождаться укрупнением головного мозга, что в свою очередь служит предпосылкой для развития сложных форм поведения крупных животных. Долго живущие организмы должны уметь гибко реагировать на изменения окружающей среды.

Из этого краткого перечисления последствий увеличения размеров тела видно, что крупные животные имеют ряд преимуществ перед мелкими организмами. Однако, не следует забывать о том, что мир, в котором мы живем, управляется законами физики и химии, и все живое должно считаться с этими законами.

Наличие большого тела у наземных животных предъявляет серьезные требования к прочности костей и их сочленений. У водных животных тело поддерживается за счет выталкивающей силы воды. Поэтому верхний предел размеров тела для них гораздо выше, чем для наземных животных. Тем не менее, и для водных животных есть ограничения. К примеру, грудная клетка во время дыхания должна преодолевать сильное давление со стороны воды. Для этого водным животным нужны сильные мышцы, которые должны крепиться к прочным костям. Птицам приходится находить компромисс между прочностью скелета, необходимой для крепления летательных мышц, и легкостью его костей.

Прочность скелета -- эта лишь одна из множества конструктивных проблем, которые встают перед животными по мере увеличения их размеров. Здесь можно провести хорошую аналогию с проблемами, с которыми сталкиваются инженеры-строители. Если мы хотим увеличить высоту кирпичного дома, то мы должны заложить более мощный фундамент и возвести более мощные стены. Однако, высота кирпичных строений имеет реальный предел, поскольку с увеличением высоты дома необходимо все более увеличивать толщину стен. Конечный предел дальнейшего увеличения высоты кирпичной постройки определяется прочностью кирпича. Поэтому, переходя к разработке проекта небоскреба нужно изменить материал, из которого изготавливаются основные несущие конструкции. Обычно используют сталь.

Вместо замены материала часто можно изменить сам проект сооружения. Пример -- строительство мостов. Небольшие мосты поддерживаются каменной аркой. Кирпич и камень хорошо сопротивляются сжатию, но их прочность на разрыв мала. Поэтому при строительстве протяженных мостов арочный проект заменяют подвесным, в котором несущими элементами являются стальные тросы. Сталь очень прочна на разрыв, и из нее можно создать очень элегантные конструкции.

Точно так же и животным, чья эволюция шла в направлении увеличения размеров, приходилось решать подобные конструктивные проблемы. О том, как они решали эти проблемы, вы можете узнать, прочитав рекомендуемую литературу. В заключении же отметим, что самое крупное из ныне существующих животных - голубой кит, масса тела которого может превышать 100 т. Самое крупное современное наземное животное -- 5-тонный слон. У некоторых видов динозавров масса тела была не менее 80 т. Жили они на суше или вели полуводный образ жизни -- это остается открытым вопросом. Наконец, из всех живших на Земле млекопитающих самым крупным был родственник современного носорога Baluchitherium. Его рост в области плеча был более 5 м, масса -- 30 т.


Литература:

1.
Шмидт-Ниельсен К. ``Размеры животных: почему они так важны?'' - М.: Мир, 1987,
2.
Фоули Р. ``Еще один неповторимый вид. Экологические аспекты эволюции человека''. - М.: Мир, 1990, стр.153 - 188.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru


1.2 Каким образом ядовитые рыбы накапливают яд?

Вопрос: Каким образом ядовитые рыбы накапливают яд?

Ответ: Ядовитые животные, в частности рыбы, содержат в организме, постоянно или периодически, вещества, токсичные для особей других видов. Одни ядовитые рыбы имеют особые железы, вырабатывающие яд, другие содержат токсичные вещества в тех или иных тканях тела. Ядовитые железы расположены у основания шипов, острых лучей, плавников. Обычно они встречаются у видов с одиночным образом жизни и сопровождаются предостерегающей окраской и ранящим аппаратом. ``Вооруженным'' животным яд служит для защиты и нападения.

У костистых рыб он образуется в многоклеточных кожных железах, соединенных с шипами на плавниках (например, у скорпеновых) и жаберных крышках (у морских дракончиков). Морские миноги имеют кожные ядовитые железы. У мурены (у некоторых видов) ядовитые железы находятся в небе и связаны с зубами. У многих видов хвостоколообразных скатов посередине хвостового стебля находится длинная уплощенная роговая игла с острой вершиной и зазубренными краями. На нижней стороне иглы проходит бороздка, выстланная железистыми клетками, выделяющими ядовитый слизистый секрет. У некоторых видов химер имеется ядовитая железа у основания шипа первого спинного плавника.

Накопления яда как такового практически нет -- железы постоянно его выделяют, но яд может задерживаться на поверхности тела в кожных углублениях, в слизистом слое и, возможно, внутри шипов.

Некоторые ядовитые железы сами имеют полости, в которых какое-то количество может накапливаться. Если вопрос касается того, почему рыбы сами не чувствительны к своему яду, можно предположить, что вещества, токсичные для одних организмов, могут быть совершенно безвредными для других. Ядовитые вещества, присутствующие во внутренних тканях некоторых рыб, делающие их непригодными в пищу, являются продуктами обмена веществ.


Литература:

  • Наумов Н.П., Капташев Н.Н. ``Зоология позвоночных'', М., Высшая школа, 1979,
  • ``Биологический энциклопедический словарь'', М., Из-во БРЭ, 1995,
  • Франк С.Т. ``Иллюстрированная энциклопедия рыб'', Прага, Артия, 1975.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru


1.3 Цветение черемухи

Вопрос: Почему во время цветения черемухи бывают похолодания?

Ответ: Графически представляя годовой ход температуры воздуха по средним месячным ее значениям, т. е. по 12 точкам, мы получим плавную кривую синусоидального характера. Но если представить годовой ход температуры по средним суточным данным, то и за многолетний (даже за столетний) период кривая не получится вполне плавной. На ней будут зазубрины, возмущения, обусловленные непериодическими изменениями температуры.

Некоторые возмущения в ходе температуры особенно значительны и распространяются на несколько дней подряд; это может быть, например, падение температуры весной на фоне ее общего роста. Такого рода возмущения можно объяснить тем, что потепления или похолодания повторяются из года в год (хотя и не обязательно каждый год) в некоторые более или менее устойчивые календарные сроки. Поэтому и на климатологической кривой остаются соответствующие возмущения, называемые календарными особенностями.

Так, весной в Европе, когда температура в годовом ходе вообще повышается, есть такие календарные периоды, когда на климатологических кривых, построенных по дням, температура существенно падает или, по крайней мере, рост ее замедляется. Так бывает, например, в первой половине мая и около половины июня. Известны возвраты холодов и в первой половине февраля. Напротив, осенью, в конце сентября или начале октября, когда температура вообще падает, наблюдается временное замедление этого падения, а в отдельные годы даже смена его на рост в течение нескольких суток. Такие осенние периоды потеплении называются бабьим летом.

Не следует, конечно, думать, что в отдельные годы определенные изменения температуры появляются всегда в одни и те же дни. Сроки их наступления в разные годы могут быть разными. Так, майские холода могут наблюдаться и в начале, и в середине, и в конце месяца, могут и не наблюдаться вовсе. Но наиболее часто они будут происходить в первой половине месяца, что и отражается на климатологической кривой.

Объяснением календарных особенностей является изменение баланса распределения солнечной энергии, поступающей на Землю. Например, начало активного цветения растительности весной приводит к заметному росту поглощения солнечной энергии растительностью, и, наоборот, осыпание листьев осенью -- заметно уменьшает поглощение солнечной энергии растительностью.

С метеорологической точки зрения ``бабье лето'' -- это первый осенний период с устойчивой антициклонической погодой, когда ночное выхолаживание почвы и воздуха еще не слишком сильное, а дневной прогрев хотя и существует, но не достигает предела, который воспринимался бы как жара.

В других странах существуют свои названия этого периода приятной погоды: например, в США он получил название ``индейского лета''.

\LС.П.Хромов ``Метеорология и климатология'', Л., Гидрометеоиздат, 1983, П.Д.Астапенко ``Вопросы о погоде'', Л., Гидрометеоиздат, 1987.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru



E.M.Baldin@inp.nsk.su
23 Января 2000