А если поставить на консервацию!

Чем больше разница между температурой окружающей среды и телом животного, тем быстрее оно остывает, конечно, если не способно противопоставить теплопотерям выработку необходимого количества тепла. Если разница превышает 20-30 градусов, остывание идет стремительно, пока она не сократится до 2,0-0,5. Теперь дальнейшее охлаждение замедляется. Вот почему температура крупных холоднокровных животных, поскольку их тело состоит из огромного количества клеток, участвующих в метаболизме и суммарно вырабатывающих значительное количество тепла, может в течение длительного времени превышать температуру окружающей среды.

Поскольку потери тепла зависят от того, насколько велика разница между температурой остывающего тела и окружающей среды, ясно, что в холодную погоду теплокровным животным легче поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне, если она ниже. Поэтому ехидне и утконосу, а также сумчатым бороться с охлаждением проще, чем остальным млекопитающим или тем более птицам. Какие бы преимущества ни давала высокая температура, для терморегуляции она создает известные сложности и подчас требует трудно восполнимых, а значит, и недостаточно оправданных энергетических трат. Не удивительно, что у многих теплокровных животных и у человека наблюдаются суточные колебания температуры тела в пределах 1-2 градусов. Днем, в теплое время суток, она бывает выше, чем ночью, когда па землю опускается прохлада.

Ночное понижение температуры тела, видимо, не связано с уменьшением мышечной активности в темное время суток. Некоторые ученые склонны считать, что не "мышечное" тепло приводит к повышению температуры, а нервные центры терморегуляции так руководят выработкой и сохранением в организме тепла, чтобы создать днем наиболее благоприятные условия для мышечной активности и других видов деятельности.

У большинства животных колебания температуры тела совпадают по времени со сменой дня и ночи. У североамериканской овсянки тауи аберти, живущей в смешанных лесах и кустарниковых зарослях и ведущей дневной образ жизни, в светлое время суток температура тела поддерживается на уровне 42-42,5, а с наступлением темноты падает на целых 3 градуса. Новозеландская нелетающая птица-обыкновенный киви, житель густых сырых лесов, наоборот, предпочитает днем отдыхать, забившись куда-нибудь в густую чащобу. Видимо, не случайно утром температура тела киви устанавливается на уровне 37, а когда на лес опустятся сумерки, поднимается на 1,5 градуса.

Особенно большого размаха достигают суточные колебания температуры тела у примитивных млекопитающих: утконоса, ехидны, сумчатых. Центральноамериканские буролицые опоссумы активны ночью. Температура их тела в этот период стабильно поддерживается на уровне 36 градусов, а во время покоя может опускаться на 3-4 градуса. Колебания температуры тела до 6 градусов наблюдаются у весьма своеобразного лесного обитателя - тасманийского фалангера.

У большинства животных суточные колебания температуры тела невелики, но и они позволяют снизить темпы теплопотерь и теплопроизводства, а следовательно, и существенную экономию энергоресурсов. Преимущество, которое дает снижение температуры тела в неактивный период, когда выработка мышечного, так сказать побочного тепла прекращается, заставило некоторых животных пойти этим путем еще дальше. Однако, как мы уже видели, переменная температура выгодна только мельчайшим существам с высоким уровнем обмена веществ и огромными теплопотерями.

Колибри - самые маленькие птицы. Вес различных видов этих крох колеблется от 1,7 до 19,1 грамма. Самая маленькая из них - птица-муха, живущая на Кубе. Размеры ее тела, если ощипать перышки и не учитывать длинного клюва, едва достигает 3 сантиметров. Это прелестные существа. Особенно красивы самцы. Голова, горло, бока красного цвета с золотым отливом. Все остальное тело зеленое, но на спине перья переливаются синими, а хвост красными тонами.

Питаются малютки пыльцой и нектаром цветов и самыми мелкими, мало подвижными насекомыми. Как и полагается колибри, они во время еды не садятся на ветки деревьев, а, энергично работая крыльями, зависают в воздухе и, засунув кончик клюва в цветок или в колонию тлей, высасывают очередную порцию пищи. Такой способ питания требует серьезных энергетических затрат, а жиденький цветочный нектар содержит так мало питательных веществ, что птицы все светлое время дня вынуждены заниматься поисками и добычей пищи. Про этих птичек не скажешь: они едят, чтобы жить. Складывается впечатление, что они живут, чтобы есть.

При столь скудном питании и таких высоких расходах энергии невозможно сделать запасы хотя бы на одну ночь - период вынужденного бездействия. Усевшись на ветку передохнуть, муха даже в кубинскую тридцатиградусную жару мерзнет. Ведь нормальная температура ее тела 40 градусов, и ее нужно поддерживать, "сжигая" массу "топлива".

На долгие прохладные ночи, особенно кубинской зимой, "дров" не хватает. И колибри изобрели отличный способ борьбы с "энергетическими трудностями". Они впадают в оцепенение и резко уменьшают выработку тепла. Теперь в их "печах" чуть теплится пламя, температура тела падает больше чем наполовину, снижаясь до 20 или до 17 градусов. В этот период обмен веществ даже у крупных колибри, вроде гигантского и синегорлого, сокращается в 50-60 раз, а у мелких в 100! Это позволяет им растянуть свои энергетические запасы до утра и не погибнуть от истощения.

Одно неудобство, в таком состоянии колибри совершенно беспомощны и не способны взлететь, так что становятся легкой добычей любого хищника. С первыми лучами утреннего солнца тело крошки начинает дрожать мелкой дрожью, так птички согревают себя и, восстановив подвижность, отправляются за первым завтраком.

Могут впадать в оцепенение и другие птицы. В их числе настоящие козодои, живущие в Европе, и относящиеся к тому же семейству североамериканские спящие козодои. Эти птицы ведут сумеречный образ жизни, а днем лежат где-нибудь в укромном уголке в тени кустов или высокого пня. Они значительно крупнее колибри. Вес тела большинства видов колеблется от 30 до 50 граммов.

Птицы эти относятся к насекомоядным. Свою добычу они ловят в темноте. Видимо, сумеречные охоты оправдывают себя только в теплые ночи, когда в воздухе кишит комарье и прочие мелкие насекомые. Но на Севере и в горах ночи часто бывают холодными, и над козодоями всегда висит опасность вернуться на дневку с полупустым желудком. Видимо, ночной образ жизни и способ питания вынудили их научиться переводить температуру своего тела на более низкий уровень. Это не дает такого впечатляющего эффекта, как у колибри, но все-таки позволяет козодоям снижать обмен веществ в 13- 18 раз.

Насекомоядные летучие мыши, вернувшись с ночной охоты, приводят себя в порядок и, угнездившись поудобнее, быстро снижают температуру тела и впадают в оцепенение. Этим одинаково широко пользуются как виды, прилетающие к нам летом на Север, так и типичные обитатели тропиков. Там подобных специалистов даже больше, чем в зоне умеренного климата. И, судя по всему, это изобретение сделано животными жарких стран.

Прибегают к помощи оцепенения некоторые грызуны и сумчатые. Бразильский карликовый опоссум около трети суток проводит в этом состоянии. Карликовые хомячки, живущие в густой траве по лесным опушкам и полянам, весят около 7-8 граммов. Лишенные пищи, они быстро впадают в оцепенение, снижая температуру тела на 10-12 градусов. Эти наблюдения подтверждают, что в основе перевода терморегуляции на пониженный режим лежат не климатические условия среды, а, главным образом, доступность пищи, наличие энергетических ресурсов.

Интересно, что как снижение температуры тела, так и последующий разогрев после выхода из оцепенения протекают, можно сказать, стремительно. Колибри охлаждаются за считанные секунды. Почти так же быстро впадают в оцепенение летучие мыши. Разогрев тела у этих мелких животных не требует значительных расходов энергии. Колибри, весящему 4 грамма, для этого требуется всего 57 калорий, а козодою с весом тела 40 граммов - 570 калорий.

Хотя колибри и козодои систематически прибегают к помощи кратковременной консервации, к переводу своей "отопительной" системы на сниженный режим работы, нельзя сказать, что все происходящие при этом процессы хорошо отрегулированы. Манипуляции с температурой тела - вещь весьма опасная. Пока птицы находятся в оцепенении, наружная температура может опуститься значительно ниже температуры их тела. В этот период бороться с холодом птицы не в состоянии и могут погибнуть. Они переносят только кратковременное падение температуры тела: колибри до +8, а козодои даже до +5 градусов, но выйти из оцепенения, имея столь низкую температуру, не способны. Если в ближайшие часы температура воздуха поднимется до 15-17 градусов и согреет их, птицы спасены. Теперь они способны на дальнейший разогрев.

Совсем иначе ведут себя летучие мыши. Если в период оцепенения температура тела ночницы опускается до 3-5 градусов, зверек автоматически проснется и за 40- 60 минут может поднять свою температуру до нормального уровня. Это дает ему возможность спастись, подыскав убежище потеплее.

Отсутствие надежной техники безопасности - одно из доказательств того, что оцепенение изобретено обитателями тропиков, где температура окружающей среды никогда не падает до опасно низкого уровня. Лесным обитателям зоны холодного и умеренного климата больше подходит зимняя спячка. Она свойственна животным, которые прекрасно умеют поддерживать температуру тела на постоянном уровне и способны обеспечить себя топливом на неактивный период, на длинные холодные ночи или на не менее прохладные дневки. Однако осенью, когда среднесуточная температура окружающей среды значительно снижается, да и добывать корм становится все сложнее, животные впадают в спячку, как бы становятся на длительную консервацию, что позволяет им пережить зиму.

К услугам длительной консервации прибегают многие северяне. В их числе бурундуки, сони, мышовки, а из насекомоядных - ежи.

Летучие мыши, остающиеся на зимовку на Севере, весь этот длительный период в 6-7 и даже 7,5 месяца спят крепким сном. Из птиц способен впадать в длительную спячку лишь спящий козодой. Как видите, все мелкота.

Только одно исключение известно для крупных животных - медведи. Некоторые представители этого семейства на зиму устраивают берлогу или забираются в дупла и спят непробудным сном до весны. И что особенно интересно, совсем не те медведи, что живут в особенно суровых климатических условиях, а их родственники из более южных районов, которым зимой трудно добывать пропитание. Впрочем, дело с медведями не совсем ясное. Многие зоологи не считают, что эти звери впадают в настоящую спячку, так как температура их тела в этот период снижается всего до 31 градуса.

От кратковременного оцепенения зимняя спячка отличается не только значительно большей продолжительностью, но и тем, что требует серьезной подготовки. Во-первых, готовясь к спячке, животные накапливают жировой запас, при этом существенно увеличивается доля бурого жира. И прежде чем окончательно погрузиться в глубокий сон, проводят основательную тренировку, совершая многократные "пробные" снижения температуры тела. Только поупражнявшись в течение нескольких дней, лесная соня или летучая мышь наконец засыпает всерьез. Температура в этом случае падает медленно со скоростью 2-4 градуса в час, и, чтобы уменьшить ее на 10 градусов, требуется 2,5-5 часов. И еще одна особенность: на период "консервации" животные подыскивают себе не только безопасные, но и теплые квартиры, поскольку всерьез бороться с морозами они не в состоянии.

Во время спячки температура животного лишь на 1 - 2 градуса выше температуры окружающей среды. Хомяки, сони, летучие мыши способны, не просыпаясь, поддерживать свою температуру на уровне +2 градусов, даже если воздух охладится до нуля. Вот почему им так необходимы теплые убежища. Глубокая гипотермия приводит к резкому снижению потребностей организма в энергетических ресурсах и, естественно, к их экономии. Она весьма велика, так как обмен веществ может уменьшиться в 20-100 раз. Это значит, что энергетических ресурсов, запасенных на два дня активной жизни, теперь хватит на 40-200 дней.

'Период консервации'

Одновременно с падением температуры тела резко уменьшается число дыхательных движений. Сердце сокращается в 20-50 раз реже и при каждом сокращении выбрасывает в кровеносную сеть меньше крови, чем в состоянии бодрости. В результате минутный объем крови сокращается в 60-70 раз.

Экономная жизнь позволяет животным время от времени пользоваться такой дорогостоящей процедурой, как разогрев своего тела. Одни "размораживаются" каждые 8-11 дней, другие, по-видимому, не придерживаются определенного порядка. Зачем это делается, пока неизвестно. Может быть, в периоды кратковременного бодрствования происходит проверка работоспособности всех систем организма и их профилактический ремонт. А может быть, причина в том, что у животных нет будильника, способного разбудить их в нужный момент. Да и погодные условия год от года сильно разнятся. Вот и приходится контролировать обстановку, периодически просыпаясь, чтобы проверить, не наступила ли уже весна.

В период спячки организм бывшего теплокровного животного функционирует в совершенно необычных для него условиях. При столь глубоком охлаждении мышцы, нервные клетки и нервные волокна теплокровных обычно полностью прекращают свою деятельность. А у зимоспящих животных продолжаются сокращения сердечной и дыхательных мышц, нервные волокна передают команды к работающим органам, и, что особенно важно, продолжают функционировать нервные клетки промежуточного мозга, осуществляющие необходимое руководство жизнедеятельностью организма и интеграцией его функций.

Это объясняется специальной подготовкой организма к условиям гипотермии, перестройкой оболочек нервных клеток и нервных волокон. В мембранах, построенных из двух слоев молекул жироподобных веществ, тугоплавкие липиды, загустевающие при низких температурах, заменяются более легкоплавкими и жидкими. Аналогичные перестройки происходят и в эндокринных органах.

Выход из зимней спячки и разогрев организма происходит за счет форсированного производства тепла в мышцах и усиленного использования бурого жира. Он окисляется так интенсивно, что самым теплым местом организма сразу же становятся скопления жировой ткани. Для пробуждающегося животного важно в первую очередь привести в рабочее состояние сердце и мозг. Поэтому сначала кровообращение восстанавливается лишь в грудном отделе тела и в голове. Сосуды, несущие кровь к задней части тела и к конечностям, сжимаются. Когда сердце наберет силу и будет в состоянии обеспечивать быстро растущие потребности организма, тепло начинает распространяться более равномерно.

Температура тела может иногда повышаться со скоростью 1 градус в минуту, то есть значительно быстрее, чем ее предшествующее падение. Обычно летучая мышь уже через 15 минут способна к полету. Животным бывает достаточно 1-2 часов, чтобы все функции организма привести в норму.

Зимняя спячка - приспособление, позволяющее выживать в суровых климатических условиях. Это не обязательно холод. Такой же эффект вызывает жара, отсутствие воды и, конечно, пищи. Именно в невозможности восполнять энергетические затраты на текущую жизнедеятельность - главная причина появления зимней спячки. Однако сигналом к ней обычно является не само ухудшение питания и тем более не падение температуры среды, а особенности изменения светового режима, продолжительности дня и ночи. Это позволяет заблаговременно подготовиться к длительной консервации и приступить к ней задолго до наступления тяжелых времен.