Теплові явища у житті тварин
Вивчаючи з фізики тему, я вирішила поглибити свої знання у здатності тварин переносити перепади температур, вирощувати дитинчат у суворих умовах.
Тварини отримують тепло із двох джерел: ззовні - завдяки теплообміну із зовнішнім середовищем - і зсередини - завдяки розщепленню у клітинах хімічних субстратів. Ступінь, у якій тварини здатні генерувати та зберігати тепло, залежить від характерних фізіологічних механізмів.
Усі безхребетні, риби, амфібії та рептилії позбавлені здатності підтримувати температуру тіла у вузьких межах. Тому таких тварин називають пойкілотермними або ектотермними, оскільки вони більше залежать від тепла, що надходить ззовні, ніж утворюється в обмінних процесах. Раніше цих тварин зазвичай називали холоднокровними, але цей термін неточний і може вводити в оману.
У амфібій волога шкіра забезпечує ідеальний механізм тепловіддачі шляхом випаровування вологи. Однак втрата води у них не може регулюватися фізіологічними механізмами, як у ссавців. У сухому середовищі амфібія відразу починає втрачати воду, це, хоч і сприяє тепловіддачі, призводить до зневоднення, якщо тварина не може знайти вологе та прохолодне місце, де швидкість випаровування менша.
У рептилії морської ігуани, коли вона гріється на скелястих берегах Галапагоських островів, температура тіла підтримується лише на рівні 37 градусів. Так як ігуана харчується морськими водоростями, вона змушена досить довго перебувати в морі за температури 25 градусів. Однак швидке охолодження під час перебування у воді запобігає у неї зменшенням кровотоку між поверхневими та глибокими областями тіла внаслідок уповільнення ритму серця.
Щоранку, перш ніж почати пошуки комах, перлинна ящірка гріється на сонці, щобпідняти температуру свого тіла до 30-35 ° С. Зігрівшись, вона стає дуже активною, але, якщо перегріється, їй необхідно охолонути в тіні. Так до самого вечора вона з'являється на сонці, то ховається в тінь, щоб підтримати оптимальну температуру.
Туатари-унікальні рептилії, що пристосувалися до життя на маленьких холодних островах біля берегів Нової Зеландії.
Більшість рептилій живуть у теплих країнах, тому що їм легше охолоджувати тіло від перегріву, ніж зігрівати його у холодному повітрі. Туатара зберігає активність при +12 °С, що нижче, ніж у інших рептилій
Крокодили, перебуваючи на суші, регулюють температуру тіла, змінюючи положення по відношенню до сонця і роззяваючи пащу, щоб збільшити тепловіддачу шляхом випаровування. Якщо стає занадто жарко, вони переходять у воду, яка залишається прохолоднішою, ніж суша. Вночі ж, навпаки, крокодили занурюються у воду для того, щоб уникнути впливу більш прохолодного повітря.
Птахи та ссавці здатні підтримувати досить постійну температуру тіла незалежно від довкілля.
Самець глазчастої курки служить при кладці ніби опалювачем. Його завдання - підтримувати постійну температуру в гнізді на рівні 33 - 34 ° С незалежно від температури зовні протягом 62 - 64 діб насиджування. Ці птахи мешкають на півдні Австралії. З наближенням зимових дощів пара викопує своїми потужними ногами яму глибиною близько 90 см і діаметром 5 м, а потім заповнює її сухим листям, згрібаючи їх у навколишньому лісі. Під дощем ця компостна купа починає гнити і може прогрітися до 60 градусів із лишком. Поверх рослин кури насипають шар піску завтовшки півметра, залишаючи в середині незасипану ділянку, так що виходить гніздо. Потім самець перевіряє температуру в гнізді, опускаючи вмова, після чого самка відкладає яйця. Надалі самець постійно перевіряє та регулює її. Навесні він скидає перед світанком верхній шар піску, щоб гніздо трохи охололо. Влітку опівдні додає пісок, захищаючи яйця від спеки.
Щоночі колібрі занурюється в заціпеніння. Ці крихітні пташки потребують постійного підживлення нектаром. Види, що мешкають у горах, наприклад, андській гірській зірці, ночами доводиться відшкодовувати втрати тепла за рахунок накопиченої енергії.
Пташка знайшла вихід із цього становища: для неї щоночі - маленька зима. Коли із заходом сонця повітря охолоджується, серце колібрі починає битися рідше, температура її тіла різко знижується, обмін речовин у своїй майже завмирає, отже витрата енергії стає мінімальним. Зі сходом сонця температура повітря підвищується, організм колібрі повертається у нормальний стан, і вона знову вирушає на пошуки їжі. Завдяки цьому гірська зірка здатна витримувати холодні ночі на висоті 4000м над рівнем моря.
У ногах голуба артерії та вени розташовані настільки щільно один до одного, буквально переплетені, що між ними відбувається теплообмін. Холодна венозна кров з температурою близько +3°С тече від лапок вгору до тулуба і при цьому нагрівається, а тепла (близько +40°С) артеріальна надходить униз і поступово охолоджується. Таким чином, лапки залишаються трохи теплими, що дозволяє птахам не вмерзати в лід і зберігати рухливість.
Більшість пінгвінів живуть у холодному кліматі, тому вони пристосувалися до суворих умов. Антарктичною зимою, в морози до -60 ° С на ураганному вітрі, деякі види цих дивовижних птахів примудряються виводити і вирощувати пташенят. Зберегти тепло в таких суворих умовах пінгвіну допомагає жировий прошароктовщиною до 3 см, над якою знаходиться три шари водонепроникного пір'я, що рівномірно покривають все тіло птиці. Такий > надійно захищений від промокання, крім того, повітря між пір'ям дозволяє зберегти тепло як у воді, так і на відкритому просторі, що продується.
На особливу увагу заслуговує теплообмін в єдиних відкритих частинах тіла пінгвінів - ступнях. Дивно! Не маючи достатнього захисту, лапки птахів не мерзнуть, дозволяючи годинами стояти на морозі або плавати в крижаній воді. Від замерзання їх рятує зменшення втрати: гаряча артеріальна кров у лапах пінгвінів віддає своє тепло зустрічному потоку венозної і таким чином охолоджується.
Температура ступнів антарктичного пінгвіна зазвичай близько 4 градусів, що сприяє не тільки збереженню тепла, але й дозволяє вільно пересуватися льодом. А ось теплі лапи, напевно, розтопили б лід і вмерзли в нього.
Біла ведмедиця влаштовує барліг у кучугурі серед крижаної пустелі. Потужними лапами вона викопує в твердому шарі снігу тунель довжиною до 12 м, де народжує дитинчат і ховається з ними від холоду до весни. Однак у сильну завірюху вона може дати снігу завалити себе, потім розширює зсередини простір, що утворюється навколо її тіла. Наприкінці тунелю робиться склепінчаста камера з широкою полицею. Зовні температура може знижуватися до -30 -40 [0] С, а в барлозі вона за рахунок тепла ведмедиці буде не нижче 20 [0] С.
Температура тіла ластоногих, залишаючись незмінною, може різко змінюватися в зовнішніх частинах тіла. Теплообмін у ластоногих відбувається за допомогою шкірно-жирового мішка та концентрації під шкірою майже всіх запасів жиру організму, густої кровоносної мережі в шкірі та ластах, мінливої інтенсивності кровотоку. Шар підшкірного жиру у моржів може досягати близько 10 см.низькою теплопровідністю та сприяє збереженню тепла. У холодній воді судини в ластах і на поверхні шкіри звужуються, інтенсивність кровотоку різко зменшується і зменшується віддача тепла у зовнішнє середовище. Шкіра моржів при цьому різко світлішає і іноді виглядає майже білою. Коли морж ніжиться на сонечку, щоб уникнути перегріву, кров активно приливає до ластів і тепло йде з тіла. Шкіра моржів стає рожевою. Температура тіла моржа близько 36-37 [0] З. Шкіра моржа завжди залишається на 1-3 [0] З тепліше, ніж температура води. При температурі від - 20 до + 15[0]С метаболізм моржу мало змінюється і спостерігачі не відзначають температурного на тварина. Моржі здатні витримувати і нижчі температури, за деякими даними до -35 [0] З.
Грунтовно підкріпившись рано-вранці, носороги ховаються в грязьових ямах, водоймах або озерах, де і залишаються до вечора люблять повалятися в болотах. Такі прохолодні ванни знижують температуру його тіла і захищають від комах, що мешкають у складках їхньої товстої шкіри.
Величезні вуха антилопового зайця розміром до 20 см допомагають йому знизити температуру тіла, коли він перебуває в тіні. Артерії подають до вух гарячу кров, і тепло розсіюється у повітрі. Зазвичай заєць повертається мордочкою на північ, звідки віє трохи прохолодніший вітерець.
У спеку на суші бегемот покривається - виділяє червону рідину. Гола поверхня тіла велетня швидко втрачає вологу в сухому повітрі африканської савани, а вологе середовище оберігає шкіру бегемота від пересихання та сонячних опіків, а також підтримує тепловий баланс.
Тигри не залежать від зовнішніх джерел тепла, оскільки виробляють достатню кількість тепла, що може зберігатись. Але в той же час не люблять надто великої спеки ібільшу частину дня проводять у густих травах або приймають прохолодні ванни у водоймах.
Верблюди чудово пристосувалися до нестачі води. У спеку вони майже не випаровують вологи, а від перегріву їх рятує густа шерсть. До того ж вони дозволяють сонячним променям вдень підвищувати температуру свого тіла до +40,5[0], > вночі до +34-35[0] З. Організм верблюда може втратити 30% вологи, що смертельно майже будь-якого істоти, а верблюда у своїй немає навіть незначного згущення крові. Верблюд може прожити без води 45 днів. Причому 15 днів нормально працює та з'їдає звичайну порцію абсолютно сухого сіна. Однак за першої можливості він залпом випиває близько 50 л води. > верблюда-це жирові відкладення в горбах. Вгодований верблюд має значний запас жиру: 110-120 кг.
Пустельна сарана відносно мало активна при 17 ° С, але, розташувавшись під прямим кутом до напрямку сонячних променів, здатна поглинати теплову енергію. Коли температура повітря підвищується приблизно до 40°С, комаха змінює положення і розташовується паралельно сонячним променям, щоб зменшити поверхню тіла, що обігрівається. Щоб уникнути подальшого підвищення температури тіла, яке може призвести до загибелі, сарана піднімається над землею або піднімається на рослини.
Денному метелику з ранку треба нагрітися до 30 ° С, інакше їй не злетіти. Тому вона приймає сонячні ванни, склавши крила над спиною, - їхня темна сторона вловлює більше тепла. Метелики здаються ніжками, але за дальністю перельотів змагаються з птахами.
Бабки - холоднокровні, для польоту вони прогрівають м'язи, сидячи на сонці або просто не злітаючи. А от у повітрі вона може перегрітися, тому після короткого польоту комаха секунд 15 планує, остигаючи. Крім того,розпалена літальними м'язами кров перекачується з грудей у довге черевце, де температура завжди нижча.
Арктичні жуки та мухи.
Арктичні жуки та мухи з Аляски здатні виживати при температурі до -60°С. І хоча вони замерзають, кристали льоду утворюються зовні від клітин, не пошкоджуючи їх. Жуки, що живуть у мохах та лишайниках на арктичних островах, завдяки охолодженню здатні виживати при температурі до – 38°С. Гліцеринове масло у тілі жуків виконує роль антифризу.
У джмелів є >. Вони можуть підтримувати температуру свого тіла на рівні 30-37 ° С, коли температура повітря близька до 0 ° С. Тепло утворюється завдяки хімічним процесам, що відбуваються у м'язах під час польоту.
Отже, всі види тварин добре пристосовані до суворих умов. Одні мають пухнасту шубу, інші збирають великий шар жиру, деякі види впадають у сплячку. І це все не заважає їм насиджувати яйця, вирощувати дитинчат, полювати.