Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Ныряние у млекопитающих и птиц 257
Таблицы 6.4
Возможные способы увеличения времени пребывания ныряющих животных под водой. В скобках указаны те варианты, которые мало распространены, маловероятны или по физиологическим причинам неосуществимы
Увеличение запаса кислорода
[Увеличение объема легких]
Увеличение объема циркулирующей крови и повышение содержания в ней гемоглобина Увеличение количества мышечного гемоглобина [Неизвестные способы запасания кислорода]
Использование анаэробных процессов Образование молочной кислоты
[Использование неизвестных акцепторов водородных иоиов]
Снижение потребления кислорода
Снижение интенсивности обмена
Водное дыхание
Кожное дыхание (лягушка, морские змеи) Дыхание через пищевод или прямую кишку (некоторые черепахи)
[Вдыхание воды в легкие (испробовано только в эксперименте)]
ЗАПАСАНИЕ КИСЛОРОДА
Самый простой способ обеспечить себя кислородом при нырянии, казалось бы, состоит в том, чтобы набрать в легкие побольше воздуха. Однако объем легких у ныряющих животных в общем примерно такой же, как у других млекопитающих, а некоторые из лучших ныряльщиков имеют сравнительно небольшие легкие. Это нетрудно объяснить, если немного подумать. Во-первых, чем больше воздуха в легких, тем больше азота переходит в жидкости тела и тем больше опасность развития кессонной болезни. Во-вторых, большие легкие, наполненные воздухом, вначале затрудняют погружение под воду. Правда, этот аргумент имеет, возможно, второстепенное значение, так как после погружения на некоторую глубину давление воды вызовет сжатие легких и животное беспрепятственно сможет оставаться на глубине.
Посмотрим, какие источники кислорода использует при нырянии тюлень и на какое время хватает этого кислорода. Данные по этому вопросу получены норвежским физиологом Шоландером (Р. F. Schalander, 1940), сравнившим запасы кислорода у небольшого тюленя и у человека (табл. 6.5). Здесь больше всего поражает малое количество кислорода в легких тюленя. Вместо того чтобы вдохнуть воздух перед нырком, тюлень, по-видимому, выдыхает его и уходит под воду с минимальным запасом воздуха в легких.
17—1873
258 Глава 6. Энергетический обмен
Этим и обусловлена разница в содержании кислорода в легких у тюленя и человека, так как последний перед нырянием вдыхает воздух.
Совсем иначе обстоит дело с содержанием кислорода в крови. Хотя в приводимом примере тюлень весил вдвое меньше человека, общий объем крови у них был примерно одинаков. Кроме того, кровь тюленя обладала большей кислородной емкостью, так что общее количество кислорода в его крови было больше, чем у человека.
Таблица 6.5
Запасы кислорода у тюленя и человека. Приведены лишь приближенные величины (например, в крови на самом деле меньше кислорода, так как значительная часть крови, находящаяся в венозной системе, не полностью насыщена O2)- (Данные о тюлене из Scholander, 1940)
Локализация кислорода
Количество кислорода мл
Тюлень (30 кг)
Воздух в легких (350 мл, 16% Ог) Кровь (4,5 л; 25 мл O2 на 100 мл) Мышцы (6 кг; 4,5 мл O2 на 100 г) Вода в тканях (20 л; 5 мл O2 на 1 л)
55 1125 270 100
Всего
Мл O2 на 1 кг веса тела
1550 52
Человек (70 кг)
Воздух в легких (4,5 л; 16% O2) Кровь (5 л; 20 мл O2 на 100 мл) Мышцы (16 кг; 1,5 мл O2 иа 100 г) Вода в тканях (40 л; 5 мл O2 иа 1 л)
1
720 1000 240 200
Всего
Мл O2 на 1 кг веса тела
2160 31
Вообще, высокая кислородная емкость крови характерна для хороших ныряльщиков. У человека этот показатель (20 мл O2 на 100 мл крови) выше, чем у многих других наземных млекопитающих, однако у тюленей и китов он варьирует в пределах от 30 до 40 мл на 100 мл крови. Но увеличение кислородной емкости крови имеет физиологические границы. Эритроциты и так практически до предела наполнены гемоглобином, а при увеличении содержания эритроцитов до уровня, превышающего примерно 60% от общего объема крови, чересчур возросла бы вязкость крови; в результате для проталкивания крови через сосуды потребовалась бы чрезмерно напряженная работа сердца.
Увеличить общее количество гемоглобина в организме, не повышая вязкости крови, можно лишь путем увеличения объема цир-
Ныряние и млекопитающих и птиц 259
кулирующей крови. Такое решение проблемы мы находим у многих хорошо ныряющих животных, однако увеличение объема крови тоже имеет пределы.
Большое количество кислорода у тюленя запасается также в мышцах. Красный цвет мышц у млекопитающих обусловлен присутствием мышечного гемоглобина (миоглобина). Последний находится внутри клеток и потому сохраняется в мышечной ткани, даже если из нее вытекла вся кровь. Содержание гемоглобина в мышцах гораздо ниже, чем в крови, но поскольку масса мышечной ткани очень велика — около 20% веса тела', миоглобин связывает значительное количество кислорода. У тюленей и китов мышцы содержат гораздо больше миоглобина (и мясо этих животных поэтому заметно темнее, чем у наземных млекопитающих), так что у 30-килограммового тюленя накапливается примерно столько же кислорода в мышцах, сколько у человека весом 70 кг.
