Древние животные - теплокровные или нет?

Не так давно группа британскх палеонтологов опубликовала результаты своих исследований мезозойских отложений из месторождения Даохугоу в китайской провинции Внутренняя Монголия.

Тамошние окаменелости сохранили отпечаткм не только костей, но и некоторых мягких тканей древних животных. Изучив под микроскопом отпечатки крыльев мезозойского летучего ящера птерозавра, ученые разглядели на них тонкие полоски - следы шерсти, которой были покрыты кожистые крылья древней рептилии.

Наличие шерсти на крыльях означает, что их обладатели были теплокровными: ведь главное назначение шерсти - теплоизоляция, и существам, чья температура колеблется вместе с температурой окружающей среды, шерсть просто ни к чему. Доклад об этой необычной находке вызвал немалый интерес у коллег-палеонтологов, но сенсацией все же не стал: ученые давно подозревали нечто подобное.

Еще в 80-е годы минувшего века были опубликованы расчеты согласно которым мышцы холоднокровного существа такого размера, какими были крупные птерозавры, просто не могли развить достаточную мощность, чтобы поднять его в воздух. (Правда, тогда предлагалось и другое объяснение - ящеры могли добирать необходимую мощность за счет бескислородных метаболических процессов в мышцах, - однако в него мало кто верил даже до находок в Даохугоу.)

С другой стороны, в последние десятилетия ученые открыли уже немало мезозойских рептилий с отчетливыми признаками шерсти (или примитивных перьев, служивших не для полета, а тоже для теплоизоляции). Одно из таких существ, описанное еще в 1971 году советским палеонтологом Александром Шаровым (и, кстати, принадлежавшее именно к птерозаврам - правда, мелким), даже получило латинское название Sondes pilosus, т. е. "нечисть волосатая".

Если учесть, что предки современных теплокровных существ - птиц и млекопитающих - приобрели это качество независимо друг от друга, то получается, что теплокровность в эволюции древних пресмыкающихся возникала многократно. Но если стать теплокровным так легко, то почему этой возможностью не воспользовались остальные рептилии?

Почему у всех современных представителей этого класса (даже у таких как крокодилы с их фактически четырехкамерным сердцем и почти полным разделением кругов кровообращения) температура тела остается непостоянной расходами энергии. Массивное тело крупного крокодила, нагретое за день лучами солнца и собственными мышечными усилиями, за ночь просто не успевает остыть: температура такой рептилии никогда не опускается ниже 30°С.

Этот механизм получил название инерциальной гомойотермии ("гомойотермия" - научное название теплокровности). Ученые полагают, что он был в ходу и у знаменитых динозавров: их гигантские тела даже при минимуме движений накапливали огромное количество тепла, что позволяло им поддерживать температуру тела практически постоянной без специальных затрат энергии на "отопление".

Однако такой способ терморегуляции возможен лишь в строго определенных условиях. Мы знаем, что современные крокодилы живут исключительно в тропиках, где зимние температуры мало отличаются от летних, а дневные - от ночных (к тому же большую часть времени они проводят в воде, еще сильнее сглаживающей температурные перепады).

В школьных учебниках и популярных книгах часто пишут о преимуществах теплокровности. В самом деле, постоянная температура тела не только позволяет в современной фауне умеренной зоны способны жить лишь очень немногие рептилии, а области, лежащие за полярным кругом, недоступны для них вообще.

Все это чистая правда, но за эти преимущества теплокровности приходится платить. Львиную долю энергии, получаемой с пищей, теплокровные существа вынуждены расходовать на "отопление Вселенной": как бы ни отгораживались они от холодного мира шерстью или перьями, по неумолимым законам термодинамики тепло обязательно будет утекать из их горячих тел в окружающую среду.

Поэтому даже крупные теплокровные хищники - такие как лев или тигр - съедают в течение года в десятки раз больше пищи, чем питон или крокодил того же веса. Но особенно разорительной оказывается теплокровность для мелких зверьков и птиц. Тут действует очень несправедливый для маленьких существ закон: количество тепла, вырабатываемое животным, пропорционально массе его тела, а значит - объему (поскольку средняя плотность тел у всех наземных позвоночных практически одинакова).

Потери же тепла пропорциональны площади поверхности тела. А так как объем тела в свою очередь пропорционален кубу (третьей степени) его линейных размеров, а площадь поверхности - только квадрату, то выходит, что чем больше размеры животного, тем относительно меньше тепла оно теряет.

И наоборот: у мелких теплокровных животных потери тепла огромны. Например, землеройка вынуждена съедать в сутки в 3-4 раза больше пищи, чем весит сама. Понятно, что запасов питательных веществ, которые могут уместиться в ее тельце, хватает ненадолго: если землеройка не поест несколько часов подряд, она погибнет.

Между тем холоднокровные ящерицы, весящие примерно столько же и придерживающиеся той же "диеты", могут обходиться без пищи неделями без всякого вреда для здоровья. Поэтому многие мелкие звери и птицы научились "приостанавливать" действие своей теплокровности на то время, когда они не могут обеспечить свой организм достаточным количеством пищи. Чаще всего этот механизм применяется во время зимней спячки.

Даже такие относительно крупные существа, как сурки, снижают на этот период температуру своего тела до 3-5°С. "Остывают" на время спячки ежи, летучие мыши и многие другие животные. А самые мелкие из птиц - колибри - снижают температуру своего тела каждый вечер. Правда, она падает не до значений, близких к нулю, а до 17-20°С, но в местах обитания этих птиц воздух редко бывает намного холоднее.

Дальше всех пошли удивительные африканские грызуны - голые землекопы, вообще отказавшиеся от регулирования температуры тела. Впрочем, в их подземных галереях температура и так практически постоянна, а на поверхность они почти никогда не выходят. В мезозойскую эру такой климат был характерен практически для всей суши - и это сделало возможным появление и расцвет гигантских ящеров.

Но это же стало одной из причин их вымирания, когда в результате перемещения континентов и изменения путей циркуляции вод Мирового океана климат большей части планеты стал более контрастным. Настоящая теплокровность оказалась более универсальным приспособлением, позволяя своим обладателям жить в любом климате и любой среде - достаточно вспомнить хотя бы императорских пингвинов, умудряются выводить птенцов в самый разгар антарктической зимы.

Далее: Алмазный слой

Главная   |  Научные исследования  |  Древние животные - теплокровные или нет?