Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Тепловой баланс 359
чает высокие теплоизоляционные свойства. По существу, теплоизоляция есть величина, обратная теплопроводности1.
Рассмотрим животных, обитающих в холодном климате, у которых мех служит основным препятствием для утечки тепла. Теплоизоляционные свойства меха разных животных весьма неодинаковы. Для некоторых из них соответствующие величины, отложенные против толщины меха, представлены на рис. 8.9. Как и следовало ожидать, теплоизоляционные свойства меха возрастают с увеличением его толщины, достигая максимума у более крупных животных с толстым слоем меха, таких, как песец. У мелких животных ясно видна корреляция между толщиной меха (н его теплоизоляционными свойствами) и размерами животного. Чтобы иметь возможность передвигаться, мелкие животные должны обладать тонким и легким меховым покровом. В особенности это относится к самым мелким млекопитающим — мышевидным грызунам и землеройкам. Из-за относительно плохой теплоизоляции этим животным приходится подыскивать себе микроклиматические условия (например, жить в норах) или впадать в спячку, чтобы можно было не поддерживать высокой температуры тела.
Интересно, что у белого медведя мех, будучи грубым и рыхлым, создает, несмотря на свою толщину, довольно плохую теплоизоляцию. Еще важнее то, что при погружении этого меха в ледяную воду он почти утрачивает свои теплоизоляционные свойства, и тепло проходит через него в воде в 20—25 раз быстрее, чем на воздухе. Если же слои воды перемешиваются (когда зверь плывет), потеря тепла возрастает еще больше — примерно в 50 раз. Это связано с тем, что вода приходит в контакт с поверхностью кожи, вытесняя из меха весь воздух. В этих условиях медведя спасает подкожный жир, который и обеспечивает теплоизоляцию (см. далее в этой главе).
У тюленя с его относительно тонким мехом теплоизоляцию тоже создает толстый слой подкожного жира. Поэтому разница в теплоизолирующих свойствах шкуры тюленя в воздухе и в воде невелика. В воздушной среде шкура тюленя с прилегающим слоем жира обеспечивает лишь ненамного большую теплоизоляцию, чем шкурка лемминга (слой толщиной 60—70 мм, состоящий в основном из жира, примерно так же защищает от охлаждения, как мех толщиной 20 мм). При погружении тюленя в воду теплоизоляция его снижается, но не так резко, как у белого медведя.
Хорошо известно, что густота меха у животного зависит от времени года: зимой мех гуще и, по-видимому, лучше сохраняет
1 Теплопроводность (поток тепла в единицу времени через единицу площади в расчете на 1° разности температур) выражается в единицах Вт/(м2-°С) или кал/(с-см2-°С). Теплоизоляция как величива, обратная теплопроводности, выражается в единицах м2-°С/Вт (или с-см2-°С/кал).
ZW Глава 8. Терморегуляция
О Ю 20 30 40 50 60 70 ВО 90
Толщина меха, мм
Рис. 8.9. Коэффициент теплоизоляции меха зависит от его толщины. Поскольку у мелких животных шерсть по необходимости короче, теплоизоляция у них хуже, чем у крупных животных. Коэффициент теплоизоляции меха на воздухе обозначен светлыми кружочками, в воде — треугольниками. Этот коэффициент измеряют в воде или в воздухе при О °С, поддерживая при этом с внутренней стороны меха температуру 37 °С. Наклонная прерывистая линия соответствует коэффициенту теплоизоляции для слоя ваты различной толщины. На рисунке показано, что теплоизоляционная ценность меха толщиной 4 см составляет примерно 1 м2-°С/Вт, что соответствует 41 840 с-см.2-°С/кал. Мех толщиной 1 см обладает в 4 раза меньшей теплоизоляционной ценностью (10 460 с-см2-°С/кал). Следовательно, коэффициент теплоотдачи (величина, обратная коэффициенту теплоизоляции) составит 0,000096 кал/(с-см2-°С), что хорошо согласуется с данными, приведенными в табл. 8.3. (Scholander et al., 1950b.)
тепло, чем более легкий летний мех. Измерения показали, что сезонные изменения наиболее значительны у крупных животных, а у мелких грызунов они выражены слабее. У черного медведя, например, теплоизоляционные свойства меха летом на 52% ниже, чем зимой (т. е. зимняя шкура в 2 с лишним раза лучше со-
9999
Тепловой баланс 361:
храняет тепло, чем летняя). В субарктической зоне-наименьшая-величина сезонных изменений. -—летнее снижение теплоизоляционных свойств шкурки всего лишь на 12% ---была найдена у ондатры. '
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ У птиц
Мы уже видели, что у млекопитающих теплопроводность покровов такова, что интенсивность обмена в условиях холода должна возрастать пропорционально холодовому стрессу. Интенсивности обмена при низких температурах укладываются на прямую, которая при экстраполяции достигает точки, соответствующей температуре тела; значит, модель, приведенная на рис. 8.5, адекватно описывает млекопитающее в условиях холода.
С птицами дело обстоит сложнее. Некоторые из них ведут себя так же, как и млекопитающие (т. е. мы находим здесь сходную зависимость уровня метаболизма от внешней температуры). Однако у других птиц наблюдается несколько иная картина. Например, у голубя и калифорнийской кукушки метаболическая теплопродукция при низкой температуре воздуха возрастает в меньшей степени, чем можно было ожидать (рнс. 8.10). У этих птнц кривая интенсивности обмена при экстраполяции достигает не температуры тела (примерно 4O0C), а значительно большей величины — выше 50 °С.
