Дарія Біда. „Великий – повільний, маленький – швидкий?”

Потреба у їжі

Здавалося б, великі тварини мають більше шансів вижити. Однак не все так однозначно: що більша тварина, то вона менш поворотка і менш спритна, а потреба у їжі росте пропор­ційно об’єму її тіла. Ось вам і протиріччя: великим тваринам треба набагато більше їжі, а можливості її роздобути зменшуються внаслідок їхньої огрядності. Саме тому виникає природне обмеження на існування дуже великих тварин. Починаючи з певних розмірів великі і неповороткі тварини не здатні добути стільки їжі, скільки їм потрібно для життя. Такі види приречені на вимирання. Колись на Землі жили велетенські плазуни. Сьогодні найбільша тварина суходолу – слон.

У морі фізичні умови для існування тварин інші. На тіло, занурене у воду, діє виштовхувальна сила. Тому в морях багато крупних тварин і риб. У кита не такий масивний скелет, як у слона чи бегемота, але він утримує на ньому значно більшу масу.

Наші міркування наводять на думку, що велетні у романі Свіфта мали б бути нежиттєздатними. А як щодо ліліпутів? Стосовно їхніх механічних характеристик – все гаразд. Механічно вони навіть міцніші, ніж звичайні люди1. Сумніви про можливість існування таких теплокровних організмів виникають тоді, коли вникнути у процеси теплообміну.

1Читай про те, як порівнювати силу різних організмів, у журналі „КОЛОСОК”, № 8/2013.

Тепловий баланс організму

У ссавців і птахів, на відміну від усіх інших тварин, температура тіла практично постійна і не залежить від коливань температури навколишнього середовища, вона може бути навіть значно вищою. Саме тому ссавців і птахів називають теплокровними – на відміну від холоднокровних, температура тіла яких трохи вища від температури середовища і змінюється разом з нею. Нормальна температура тіла людини приблизно 37 0С, слона – 35 0С, а птахів – в середньому 42 0С. Сталу температуру тіла теплокровних забезпечують механізми охолодження і нагрівання. У організмі відбуваються різноманітні перетворення енергії, пов’язані з травленням, диханням, роботою м’язів, внаслідок яких виділяється теплота і організм нагрівається. З другого боку, процес тепловіддачі у навколишнє середовище супроводжується охолодженням. Якщо з’являється надлишок теплоти, включається додатковий механізм охолодження, і ми потіємо.

Теплообмін живих істот відбувається внаслідок випромінювання, конвекції, теплопровідності та випаровування з поверхні тіла. А утворюється теплота внаслідок процесів метаболізму, які відбуваються в усьому організмі. Теплота, яку організм виробляє, пропорційна кількості спожитої їжі, яка, в свою чергу, залежить від маси (або об’єму) організму (пропорційна кубу характеристичної довжини2). Швидкість тепловіддачі у навколишнє середовище пропорційна площі поверхні тварини (пропорційна квадрату характеристичної довжини). Таким чином, швидкість тепловіддачі на одиницю маси тварини обернено пропорційна характеристичній довжині її тіла. Дуже маленька тварина може компенсувати втрату теплоти за рахунок постійного споживання їжі або кращої теплоізоляції тіла (відповідний шкірний покрив). Маленькі тварини щоденно з’їдають таку масу їжі, яка складає значну частину їхньої власної маси. Наприклад, миша щодня з’їдає їжу, маса якої складає четверту частину її маси. Маленька землерийка померла б від голоду, якби не знайшла їжі впродовж трьох годин. У слона навпаки, здатність генерувати теплоту така велика, що він вимушений позбавлятися її надлишку. Він використовує будь-яку нагоду, щоб охолодитися у водоймі. У комах відношення площі поверхні тіла до об’єму більше, ніж у теплокровних тварин. Але для них це не проблема, адже вони – холоднокровні, і температура їхнього тіла така ж, як температура навколишнього середовища. А тому і втрата теплоти, і потреба у їжі у них значно менші.

2Орієнтовний розмір об’єкта для оціночних розрахунків.

Water shrew, Neomys fodiens, single shrew on ground, Warwickshire, July 2010

Для всіх теплокровних істот діє правило оберненої пропорції: що менша маса, то інтенсивніше тварині треба харчуватися, бо малі тіла мають велику питому тепловіддачу з поверхні тіла. Цю залежність просто пояснити на прикладі. Щоб завернути цукерку певної маси, потрібна мінімальна обгортка певної площі (обгортка – аналог шкіри тварини). Якщо масу цукерки збільшити вдвічі, площа обгортки збільшиться незначно. Або ще один дуже наочний приклад. Кубик з ребром 10 см має площу поверхні 600 см2. Якщо його роздрібнити на кубики з ребром 1 см, то загальна площа поверхні становитиме 6000 см2, а якщо його роздрібнити на міліметрові кубики, то сумарна поверхня буде вже 60000 см2. Розумієте, чому маленьким діткам холодніше, ніж дорослим? У них на одиницю маси тіла припадає більша площа шкіри, ніж у дорослих. А втрати тепла відбуваються переважно саме через поверхню тіла.

Як живеш, малесенька тварино?

Біологи вже давно встановили, що теплокровна тварина, зокрема ссавець, не може мати масу, меншу, ніж 2 г, інакше в неї порушується обмін речовин і вона гине. У воді тепловіддача краща, тому морські теплокровні мають відносно великі розміри. Найменша теплокровна тварина суходолу – бурозубка мала, представник комахоїдних. Вона найменша серед землерийок: завдовжки не більше 6 см і масою до 5 г. Ззовні тваринка схожа на домову мишку, тому їх часто плутають. Живе бурозубка в усіх лісових і лісостепових областях України, у вологих листяних і мішаних лісах з розвиненим трав’яним ярусом.

Справжньою сенсацією для науковців виявилося, що доросле етруське мишеня Suncus etruscus (або карликова білозубка) має масу не більше 2 г, а багато з них – 1,5 г!

Твариною зацікавилися криптозоологи – спеціалісти, які вивчають тварин, існування яких викликає сумнів. У XIX столітті кісточки цієї дрібнесенької істоти знайшли у гнізді сови, а в середині XX століття зоолог Бонського університету Адельхайт Геретс після довгих пошуків на острові Сардинія знайшла спочатку мертвих, а потім і сім живих екземплярів цієї дивовижної тваринки (троє з них легко помістилися у сірникову коробку!). Білозубкам неабияк пощастило, що зоолог віднайшла їх: тваринки були вже мляві від голоду. Для підтримання своїх біологічних потреб вони змушені без упину їсти. І якби дослідниця не дала їм поживи (а харчуються вони черв’яками, гусінню, кониками), то крихітки загинули б від голоду.

У карликової білозубки м’яке блискуче хутро сірого або коричневого кольору, яке взимку стає довшим і ще м’якішим. Турботливі матусі білозубки водять своїх діточок шнурочком. Перше дитя чіпляється за основу маминого хвоста, а друге тримається за хвіст першого. Мишенята рухаються, наче живий ланцюг. Вони гинуть, якщо залишаються без їжі впродовж двох годин.

Незважаючи на те, що етруська миша вкрита шерстю, внаслідок теплообміну малесенька тварина втрачає дуже багато тепла. Тому впродовж дня вона з’їдає їжі удвічі більше своєї маси. Найбільша тварина на Землі – блакитний кит – з’їдає 8 т їжі щодня (4 % від його маси); слону щодня треба до 230 кг листя або 50-70 кг сіна. Мишка у порівнянні з цими гігантами – справжня ненажера! Вона має такий апетит, наче людина, яка з’їдає щодня 150 кг їжі. Тому мишка майже не спить: вона і вночі шукає їжу. Таке напружене життя виробило у тваринки справжні бійцівські якості. Звірятко відчайдушно атакує приречених павуків, великих жуків і навіть ящірок завдовжки 10 см. У тварини виключна реакція і величезна для її розмірів фізична сила.

Якщо їжі немає, мишка впадає у сплячку, скрутившись у клубок, щоб зменшити поверхню тепловіддачі3, і біологічні процеси сповільнюються. Такий стан не може тривати більше двох годин. Прокинувшись, мишка знову вимушена вирушати на полювання. Якщо тварина і тепер не знайде поживи, вона приречена. Таке життя, практично за межею можливого, вимагає ідеальної роботи всього організму, роботи виснажливої. І якщо у слона серце здійснює 27 ударів на хвилину, у людини – 70, то в етруської мишки серцевий ритм становить 1300–1500 ударів на хвилину (25 ударів на секунду!). Не дивно, що живе вона лише 16 місяців.

3З усіх тіл заданої маси куля має найменшу площу поверхні.

Рятівні механізми

Що менша тварина, то більше тепла вона втрачає на одиницю маси через поверхню свого тіла. Природа придумала для „малечі” рятівні механізми. Порівняйте коня і звичайну польову мишку, які живуть в однаковому кліматі. Кінь – дуже спокійна у звичайній ситуації тварина, а миша постійно в русі, вона весь час снує, метушиться. Кінь за хвилину вдихає об’єм повітря, який складає менше однієї сотої частини об’єму його тіла, а миша щохвилини вдихає об’єм повітря, більший за її власний об’єм. Отож, в організмі миші обмін речовин відбувається набагато інтенсивніше, ніж у коня. До того ж, у миші кращий шерстяний покрив, тобто краща теплоізоляція. Саме так природа компенсує зменшення розмірів тварин: посиленим обміном речовин і кращою теплоізоляцією шкіри. Однак можливості такої компенсації є обмеженими, врешті вони вичерпаються, і тоді подальше зменшення розмірів теплокровних тварин уже не можливе.

Якщо дуже малі ссавці не в змозі себе обігріти, то дуже великі, навпаки, надто сильно потіють і намагаються охолодитися. Дуже маленьким тваринам загрожує смерть від холоду, а дуже великим – від теплового удару. Але доки станеться тепловий удар, вони швидше загинуть від механічних навантажень на організм. Таким чином, зверху розміри тварин обмежені законами механіки, а знизу – теплофізики. Нижнє обмеження стосується лише теплокровних тварин.

Повертаючись до ліліпутів Свіфта, можемо зробити висновок: люди заввишки 10 см навряд чи змогли б існувати. Щоб вижити, їм довелося б дуже часто дихати, без упину їсти, швидко рухатися і кутатися у теплий одяг. Так що Дюймовочка, яка з’їдала в день лише половинку зернятка і тому була вигідною партією для крота – така ж нереальна вигадка Ганса Крістіана Андерсена, як і ліліпути в романі Свіфта, гноми у казці про Білосніжку та Хлопчик-мізинчик.

Секрети колібрі

Маса колібрі не більша, ніж у землерийок (1,7–19,1 г). Отож, пташечка теж мусить у поті чола добувати собі їжу. На одиницю маси вона з’їдає в 100 разів більше, ніж слон. Колібрі – денна пташка, вона не може шукати поживу і вночі, як землерийка. І впродовж дня колібрі не може запасти стільки енергії, щоб її вистачило ще й на ніч. Швидкість обміну речовин у цієї пташки така велика, що 6–8 годин без їжі загрожують пташці смертю від виснаження. Щоб такого не трапилося, вночі колібрі наче клякнуть, і від звичної 40–45 0С температура їхнього тіла знижується до температури навколишнього повітря, а обмінні процеси сповільнюються у 10–15 разів. Вранці пташка оживає і знову жадібно поглинає їжу. Пташка малесенька, а тому і різке падіння, і різке підвищення температури її тіла відбуваються впродовж декількох секунд. Отакий малий фенікс!

Клімат має значення

Не лише розміри тварин визначають спосіб їхнього життя. У природі існує певна залежність розмірів тварини від кліматичних умов, зокрема – від температури повітря. Ми вже з’ясували: що більші розміри тіла (або менше відношення площі поверхні тіла до об’єму) у близьких видів, то менша у них тепловіддача. Саме тому що холодніше в тих місцях, де мешкають представники близьких видів, то більші їхні розміри. Мамонти і шерстисті носороги, що проживали на Півночі, були набагато більші, ніж їхні „побратими” на півдні. Це стосується і полярних ведмедів: приріст їхньої маси випереджує збільшення поверхні тіла: що більший ведмідь, то менша тепловіддача.

Ми – щасливчики!

Давайте усвідомимо, що ми з вами – щасливчики. Радіймо, друзі, розміри людини – саме те, що треба! У попередній статті4 ми з’ясували, що з точки зору механіки організм людини влаштований розумно і працює дуже ефективно (у всякому разі порівняно з коником 🙂), а лінійні розміри гарантують нам і міцність, і спритність. Фізика теплових процесів у живих організмах теж вселяє в нас оптимізм: ми не копошимося, їмо лише 3–4 рази на добу, не надто пітніємо і не замерзаємо. Тож розміри людини не просто оптимальні, а вочевидь, єдино можливі. Як тут не пишатися своєю фізичною досконалістю?

4Читай журнал „КОЛОСОК”, № 8/2013. 

Задача „Скільки з’їла би мишка?”

Маленька польова мишка з’їдає за добу 10 г корму. Оцініть, скільки повинна з’їсти мишка, усі розміри якої збільшилися вдвічі.

В першу чергу треба з’ясувати, які процеси суттєві для розв’язання задачі. У нашому випадку основа розв’язку – рівняння теплового балансу (воно ж – закон збереження енергії для теплових процесів): мишка має отримати з їжею стільки ж енергії, скільки вона витрачає впродовж доби на рух (у пошуках їжі) і теплообмін (вона істота теплокровна). Ми вже знаємо, що втрати тепла прямо пропорційні площі поверхні тіла миші, тому вони збільшуються у 4 рази. Маса великої мишки більша у 23 разів, тому й роботу з переміщення вона здійснює більшу. Але велика мишка рухається з іншою швидкістю, бо її крок у 2 рази більший і на нього треба у √2 разів більше часу (вважаємо, що крок – це падіння з висоти підйому ноги). Швидкість руху другої мишки буде у √2 разів більша, а потужність – у √27 разів вища: 40 +10√27 = 40 +113 г. Отже, відповідь знаходиться у інтервалі від 40 до 153 корму на добу.

ЗАВАНТАЖИТИ СТАТТЮ У ФОРМАТІ PDF

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonfutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
Поширити
0