К. Шмидт-Ниельсен - Размеры животные почему они так важны (1035534), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Это должно возбудить интерес к данной области, а значит, н стимулировать дальнейшие исследования, которые позволилн бы полнее понять, почему размеры живых организмов имеют столь фундаментальное значение. К. Шмидт-Оиельсем 1. Размеры живых существ Орсаввзм Оргаввзм Масса Масса (1О 'з г Пчела 10 зз г Хомячок 1О ' г Человек Голубой кнт 10'г (0,1 пг 0,1 нг 0,1 мкг 100 мг 100 г 100 кг 100 т 10 х г 1О' г !Оз г )10а г ,Ч1нкоплазма Средняя бактерия Теыаяутела (жгутнкозое) Крупная амеба 0,1 мт Животные очень отличаются друг от друга.
Слон не похож на мышь нн по форме, нн по размерам. Размеры — это одна нз самых важных характеристик животного, н вместе с тем различия в размерах столь очевидны, что мы часто не задумываемся об этом. Мы знаем, что слон значительно крупнее мыши, но редко задаемся вопросом: во сколько же раз он крупнее; оказывается, что слон в 100 000 раз тяжелее мыши. Самая мелкая взрослая землеройка меньше мыши в 10 раз, что составляет одну мнллнонную долю слона. Мнр, в котором мы живем, управляется законами физики и химии, н животные должны жить в пределах, определяемых этими законами.
Мы увидим, что размеры тела оказывают глубокое влияние на структуру н функцию н что для выживания организма его размеры нмеют решающее значенне. Вннмателыю рассмотрим табл. 1.1; в ней отражены огромные различия в размерах живых организмов. Каждая строка таблицы представляет тысячекратную разницу в размерах, прячем самый маленький н самый крупный организмы различаются в 10" раз.
Голубой кнт, масса тела которого может превышать 100 т,— самое крупное нз ныне существующих животных, однако гигантские калифорнийские секвойя в 10 — 15 раз больше самых крупных китов. Большинству нз нас трудно даже вообразить, что в действнтельностн означает число 10". Представим себе гнпотетнчесТаблнда 1.1. Ряд живых органнзмоз, нмеющнх разные размеры я расположенных таким образом, что каждый следующий з !000 раз больше предыду- щего ш Глава 1 кое гигантское существо, которое больше голубого кита во столько же раз — в 10".
Объем этого гипотетического сверхгиганта будет в 100 раз превышать объем Земли. Видимо, общая масса Вселенной более убедительно проиллюстрирует то, как нам трудно осмыслить значение таких больших чисел, выражаемых в виде степеней. Наша необъятная по величине Вселенная, состоящая из миллиардов галактик с миллиардами звезд в каждой, оценивается по суммарной массе примерно в 10" г. Самый маленький и самый большой Огромные различия в размерах между организмами заставляют задуматься над двумя вопросами: во-первых, каковы последствия различий в размерах, и во-вторых, имеются ли верхний и нижний пределы размеров живых организмов? Остановимся сначала на вопросе о пределах. Микоплазма= самое мелкое из известных живых существ, способное жить и самостоятельно размножаться в искусственной среде. Она настолько мала, что при нейтральном рН клеточного содержимого в ее клетке имелось бы в среднем не более 2 водородных ионов (МогоюИх, 1966).
В столь малом объеме клетка должна содержать необходимый для обмена веществ набор белков и ферментов, способный обеспечить ее жизненные процессы; она должна быть способной к росту и размножению, и она должна также содержать полную генетическую информацию, необходн» мую для воспроизведения всей этой системы в целом.
Поскольку макромолекулы, несущие метаболические и генетические функции, крайне важны и их размер уменьшить нельзя, по-видимому, клетка микоплазмы являет собой реальный нижний предел размеров живого организма. Еще более мелкие вирусы расстались с необходимостью иметь приспособления для осуществления метаболизма; оии состоят в основном только из генетического материала и паразитируют внутри живых клеток, которые выполняют за них метаболическую работу, обеспечивающую воспроизведение их генетической информации. На другом конце нашего размерного ряда находится 100-тонный голубой кит. Предполагают, и это принято более или менее как догма, что голубой кит смог стать таким большим потому, что его гигантскую массу поддерживает вода, Считают, что наземное животное с такой же массой было бы раздавлено собственным весом.
Самое крупное наземное животное — 5-тонный слон. То обстоятельство, что значительно более крупные киты ведут водный образ жизни, было использовано как свидетельство того, что животные, которые по размерам сильно превосходят слона, на суше жить не могут. В свою очередь это легло в основу предположения о том, что вымершие Разкерм жнвмл существ гигантские динозавры были слишком массивными, чтобы передвигаться по суше, н, следовательно, должны были быть полу- водными, Гнгантскне динозавры: были ли они полуводнымнР Наиболее крупный динозавр, Вгасл(озаигиз, весил, виднмо,около 80 т (Со!Ьег1, 1962).
Не исключено, что эта величина заннжена, поскольку расчеты делались на основе масштабных моделей в предположении, что плотность тела динозавров равнялась 0,9. Вероятнее всего, что плотность тела динозавров, как и других позвоночных, была близка к 1, н поэтому оценка Колберта занижена на 10та. Самый длинный динозавр — Р(р1ог1осйиз — достигал 28,6 м, но он не был таким тяжелым. Обладавший длинной шеей Вгопуозаигиз (рис. 1.1) был довольно мал н весил всего 32 т. Палеонтологи утверждают, что «длннная шея служила адаптацией к жизни в глубокой воде», и что «это сильно упрощало проблему поддержания позы и локомоции» (цотег, 1966).
На рнс. 1.2 изображены динозавры, ведущие предположительно такой образ жизни. Онн питались подводными растениями и длинную шею использовали как шноркель для дыхания, Правдоподобна ли картина столь приятного полуводного образа жизни? Одно из возражений состоит в том, что многие ископаемые отпечатки ног динозавров очень отчетливы.
Едва лн такие четкие следы можно было оставить под водой (Огепогу, 1951). Всякий, кто, зайдя в воду по шею, пытался ходить на такой глубине, знает, что передвигаться в подобных условиях трудно н любые оставленные в иле следы едва лн сохранят четкие очертания. Кроме того, дыхание через шноркель на глубине 5 м требует, чтобы грудная клетка совершала работу против давления воды, равного на этой глубине 5000 кг/мз. На глубине 0,5 и человек дышит через шноркель с трудом, а на большей глубнне его грудная клетка была бы сплющена дав- Рнс. 1.1. Олив нз крупнмл дввозавров, оголгозаиии, веснл около ЗО т.
Другие гигантские дивозаврн, весвли, аозиожно, в три раза больше. (Из Оа1гош, Мс1п1озЬ, 1966.) Глава 1 Рис. 1.2, Крупнейшие аымершие дннозаары имели колоссальную массу, позтому одно время полагали, что зти жппотные ие могли свободно передангатьси по суше и должны были песта полуаодиый образ жизни. Однако, будучи погружеинмми, как показано на рисунке, опи должны были испмтыиать трудиостк при передиижеиии и дыхании. (Из Гггедогу, 1951.
С разрешения 1.1ьгагу оегч!сез Перагегпеп1, Ашемсап й1пзешп о1 1ча1пга1 Н1з1огу.) лением воды. Следует очевидный вывод, что гигантские динозавры не вели строго полуводный образ жизни, и утверждение, что они были слишком тяжелы для перемещения по суше, недостаточно обоснованно. Могли ли позвоночные размером с динозавра жить на суше? Или же для гигантских позвоночных наземный образ жизни невозможен в силу механических ограничений? Самые крупные наземные млекопитающие Насколько нам известно, из всех живших на Земле млекопитающих самым крупным был родственник современного носорога травоядный Вагисггггггеггигп из олигоцена (рис.
1.3). Его рост в области плеча был более 5 м, и он весил около 30 т, столько же, сколько Вголгозаигиз (Стгапнег, Огеаогу, 1935). Надежно ли поддерживал скелет такое огромное животное? Или оно было для этого слишком большим? Ни один палеонтолог не сомневается, что Вагис?111?гег(ит был чисто наземным млекопитающнм, и поскольку имеются хорошо сохранившиеся 13 Размеры живых существ Рис. 1.3. Крупнейшее наземное млекопвтзющее, которое когдв-либо жало иа Земле, Ва1исЬШиггит, было родствеиявком созремеииого носорога. Весило зто животное примерно 30 т. (Из бгеяогу, 1951. С рззрешеияя ь(Ьгзгу Зег.
т!сез Рерзг(шеп1, Ашег!сзп Мпзешп о( Хе!иге! Н!з!огу.) скелеты этих животных, по размеру костей мы можем оценить их прочность. На рис. 1.4 показаны три пястных кости разных Ва1исй(1(гег(илт в сравнении с той же костью современного носорога, помещенной на том же рисунке слева, Диаметр самой длинной из этих костей — около 140 мм, и поскольку прочность на сжатие у кости равна около 1800 кг/смт (%а1пчгг(8)т( е( а1., 1976), мы можем подсчитать, что такая кость могла выдерживать силу сжатия примерно в 280 т. Для 30-тонного животного эта величина означает 10-кратный запас прочности. То, что запас прочности для статических нагрузок у человека имеет примерно такую же величину, не является, по-вндимому, простым совпа- Рис.
1.4. Пястиые косте трех экземпляров Во(ис1и1йег(шп в срзвие. вви с той же костью современного восорогз (креавяя слева). Семзя крупвзя пястпзя кость моглз выдерживать силу сжатая приперло в 230 т, т. е. почтя в десять рзз больше, чем вес жизатвого. (Из Сгепогу, 1951. С разрешения ь!Ьгзгу Беге(ссз Овраг(шеп1, АшеНсзп Мпзешп о1 Ые- 1пге! Нийогу.) Глава ! деннем. Таким образом, у нас есть все основания считать, что прочность скелета Ва!исЬИйелигп полностью соответствовала наземному образу жизнн. Следует, однако, помнить, что способность выдерживать статические нагрузки — это не самое жесткое требование, предъявляемое к прочности конструкции, н поэтому она не может быть лимитирующим фактором в определении размеров наземных животных.
В самом деле, выдерживание статических нагрузок не столь существенно, поскольку в процессе передвижения животного, когда преобладают силы, связанные с ускорениями н торможениями, напряжения в костях значительно возрастают. То обстоятельство, что активный органнзм часто функционирует на грани своих предельных возможностей, подтверждается множеством случаев, когда спортсмены на сорев. нованнях разрывают или растягивают мышцы, связки н сухожилия.
Тем не менее нет оснований сомневаться, что Ва!исЫйегГ- ит был травоядным наземным млекопитающим, как н современный носорог. По размеру он был в трн раза меньше самого большого динозавра, н нам, без сомнения, ясно, что размер слона — не предел для наземных животных. Следует лн в таком случае сделать вывод, что даже более крупные животные были бы в структурном отношении надежным~я? Где лежит конечный предел размеров для наземных животных? К сожалению, у нас нет убедительных ответов на этн вопросы. Могут ли размеры ограничиваться доступностью пищи? Все очень крупные наземные животные растительноядны; растительный материал занимает большой объем, а переваривание клетчаткн — длительный процесс. В этом отношении лучше всех «устронлнсь» киты: все самые крупные киты — фильтраторы. Онн питаются планктоном, распределенным в толще воды в трех измерениях, а эта пища, состоящая главным образом из ракообразных, обладает большой энергетической ценностью и быстро переваривается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
