Тепловые явления в жизни животных

Изучая по физике тему <<Тепловые явления>>, я решила углубить свои знания в способности животных переносить перепады температур, выращивать детенышей в суровых условиях.

Животные получают тепло из двух источников: извне - благодаря теплообмену с внешней средой - и изнутри - благодаря расщеплению в клетках химических субстратов. Степень, в которой животные способны генерировать и сохранять тепло, зависит от характерных физиологических механизмов.

Все беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах. Поэтому таких животных называют пойкилотермными или эктотермными, поскольку они больше зависят от тепла, поступающего извне, чем от образующегося в обменных процессах. Раньше этих животных обычно называли холоднокровными, но этот термин неточен и может вводить в заблуждение.

У амфибий влажная кожа обеспечивает идеальный механизм теплоотдачи путём испарения влаги. Однако потеря воды у них не может регулироваться физиологическими механизмами, как у млекопитающих. В сухой среде амфибия сразу начинает терять воду, это, хотя и способствует теплоотдаче, приводит к обезвоживанию, если животное не может найти влажное и прохладное место, где скорость испарения меньше.

Морская игуана.

У рептилии морской игуаны, когда она греется на скалистых берегах Галапагосских островов, температура тела поддерживается на уровне 37 градусов. Так как игуана питается морскими водорослями, она вынуждена довольно долго находиться в море при температуре 25 градусов. Однако быстрое охлаждение во время пребывания в воде предотвращается у неё уменьшением кровотока между поверхностными и глубокими областями тела в результате замедления ритма сердца.

Жемчужная ящерица

Каждое утро, прежде чем начать поиски насекомых, жемчужная ящерица греется на солнце, чтобы поднять температуру своего тела до 30-35° С. Согревшись, она становится очень активной, но, если перегреется, ей необходимо остыть в тени. Так до самого вечера она то появляется на солнце, то прячется в тень, чтобы поддержать оптимальную температуру.

Туатары

Туатары- уникальные рептилии, приспособившиеся к жизни на маленьких холодных островах у берегов Новой Зеландии.

Большинство рептилий живут в теплых странах, так как им легче охлаждать тело от перегрева, чем согревать его в холодном воздухе. Туатара сохраняет активность при +12 °С, что ниже, чем у любых других рептилий

Крокодилы

Крокодилы, находясь на суше, регулируют температуру тела, меняя положение по отношению к солнцу и разевая пасть, чтобы увеличить теплоотдачу путём испарения. Если становится слишком жарко, они переходят в воду, которая остается более прохладной, чем суша. Ночью же, наоборот, крокодилы погружаются в воду для того, чтобы избежать воздействия более прохладного теперь воздуха.

Глазчатая курица.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела независимо от окружающей среды.

Самец глазчатой курицы служит при кладке как бы истопником. Его задача - поддерживать постоянную температуру в гнезде на уровне 33 - 34°С независимо от температуры снаружи в течение 62 - 64 суток насиживания. Эти птицы живут на юге Австралии. С приближением зимних дождей пара выкапывает своими мощными ногами яму глубиной около 90 см и диаметром 5 м, а потом заполняет её сухими листьями, сгребая их в окружающем лесу. Под дождём эта компостная куча начинает гнить и может прогреться до 60 градусов с лишним. Поверх растений куры насыпают слой песка толщиной в полметра, оставляя в середине незасыпанный участок, так что получается гнездо. Затем самец проверяет температуру в гнезде, опуская в него язык, после чего самка откладывает яйца. В дальнейшем самец постоянно проверяет и регулирует её. Весной он сбрасывает перед рассветом верхний слой песка, чтобы гнездо немного остыло. Летом к полудню добавляет песок, защищая яйца от зноя.

Колибри.

Каждую ночь колибри погружается в оцепенение. Эти крохотные птички нуждаются в постоянной подпитке нектаром. Видам, обитающим в горах, например, андской горной звезде, по ночам приходится возмещать потери тепла за счет накопленной энергии.

Птичка нашла выход из этого положения: для неё каждая ночь - маленькая зима. Когда с заходом солнца воздух охлаждается, сердце колибри начинает биться реже, температура её тела резко снижается, обмен веществ при этом почти замирает, так что расход энергии становится минимальным. С восходом солнца температура воздуха повышается, организм колибри возвращается в нормальное состояние, и она снова отправляется на поиски пищи. Благодаря этому горная звезда способна выдерживать холодные ночи на высоте 4000м над уровнем моря.

В ногах голубя артерии и вены расположены настолько плотно друг к другу, буквально переплетены, что между ними происходит теплообмен. Холодная венозная кровь с температурой около +3 ° С течёт от лапок вверх к туловищу и при этом нагревается, а тёплая (около +40° С) артериальная поступает вниз и при этом постепенно охлаждается. Таким образом, лапки остаются чуть тёплыми, что даёт возможность птицам не вмерзать в лёд и сохранять подвижность.

Пингвин.

Большинство пингвинов живут в холодном климате, поэтому они приспособились к суровым условиям. Антарктической зимой , в морозы до -60 ° С на ураганном ветру, некоторые виды этих удивительных птиц умудряются выводить и растить птенцов. Сохранить тепло в столь суровых условиях пингвину помогает жировая прослойка толщиной до 3 см, над которой находится три слоя водонепроницаемых перьев, равномерно покрывающих все тело птицы. Такой <<костюм>> надежно защищен от промокания, кроме того, воздух между перьями позволяет сохранить тепло как в воде, так и на открытом продуваемом пространстве.

Особого внимания заслуживает теплообмен в единственных открытых частях тела пингвинов - ступнях. Удивительно! Не обладая достаточной защитой, лапки птиц не мерзнут, позволяя часами стоять на морозе или плавать в ледяной воде. От замерзания их спасает уменьшение теплопотери: горячая артериальная кровь в лапах пингвинов отдает свое тепло встречному потоку венозной и таким образом охлаждается.

Температура ступней антарктического пингвина обычно около 4 градусов, что способствует не только сохранению тепла, но и позволяет свободно передвигаться по льду. А вот теплые лапы наверняка растопили бы лед и вмерзли в него.

Белая медведица.

Белая медведица устраивает берлогу в сугробе среди ледяной пустыни. Мощными лапами она выкапывает в твёрдом слое снега туннель длинной до 12 м, где рожает детёнышей и прячется с ними от холода до весны. Однако в сильную пургу она может дать снегу завалить себя, потом расширяет изнутри пространство, образующееся вокруг ее тела. В конце туннеля делается сводчатая камера с широкой полкой. Снаружи температура может снижаться до -30 -40[0] С, а в берлоге она за счет тепла медведицы будет не ниже 20[0] С.

Температура тела ластоногих, оставаясь постоянной, может резко меняться в наружных частях тела. Теплообмен у ластоногих совершается с помощью кожно-жирового мешка и концентрации под кожей почти всех запасов жира организма, густой кровеносной сети в коже и ластах, меняющейся интенсивности кровотока. Слой подкожного жира у моржей может достигать около 10 см. Жир обладает низкой теплопроводностью и способствует сохранению тепла. В холодной воде сосуды в ластах и на поверхности кожи, сужаются, интенсивность кровотока резко уменьшается, и уменьшается отдача тепла во внешнюю среду. Кожа моржей при этом резко светлеет и иногда выглядит почти белой. Когда морж нежится на солнышке, чтобы избежать перегрева, кровь активно приливает к ластам и тепло уходит из тела. Кожа моржей становится розовой. Температура тела моржа около 36-37 [0] С. Кожа моржа всегда остается на 1-3 [0] С теплее, чем температура воды. При температуре от - 20 до + 15[0]С метаболизм моржа практически не меняется и наблюдатели не отмечают температурного воздействия на животное. Моржи способны выдерживать и более низкие температуры, по некоторым данным до - 35 [0] С.

Носороги

Основательно подкрепившись ранним утром, носороги укрываются в грязевых ямах, водоёмах или озёрах, где и остаются до вечера любят поваляться в болотах. Такие прохладные ванны снижают температуру его тела и защищают от насекомых, обитающих в складках их толстой кожи.

Антилоповый заяц.

Огромные уши антилопового зайца, размером до 20 см, помогают ему снизить температуру тела, когда он находится в тени. Артерии подают к ушам горячую кровь, и тепло рассеивается в воздухе. Обычно заяц поворачивается мордочкой на север, откуда веет чуть более прохладный ветерок.

Бегемот

В жару на суше бегемот покрывается <<кровавым потом>>- выделяет красноватую жидкость. Голая поверхность тела великана быстро теряет влагу в сухом воздухе африканской саванны, а влажная среда предохраняет кожу бегемота от пересыхания и солнечных ожогов, а также поддерживает тепловой баланс.

Тигры не зависят от внешних источников тепла, поскольку вырабатывают достаточное количество тепла, которое может сохраняться. Но в тоже время не любят слишком большой жары и большую часть дня проводят в густых травах или принимают прохладительные ванны в водоемах.

Верблюды.

Верблюды прекрасно приспособились к нехватке воды. В жару они почти не испаряют влаги, а от перегрева их спасает густая шерсть. К тому же они позволяют солнечным лучам днём повышать температуру своего тела до +40,5[0] С, <<остывая>> ночью до +34-35[0] С. Организм верблюда может потерять 30% влаги, что смертельно почти для любого существа, а у верблюда при этом не возникает даже незначительного сгущения крови. Верблюд способен прожить без воды 45 дней. Причём 15 дней нормально работает и съедает обычную порцию абсолютно сухого сена. Однако при первой возможности он залпом выпивает около 50 л воды. <<Водные склады>> верблюда- это жировые отложения в горбах. Упитанный верблюд имеет внушительный запас жира: 110-120 кг.

Пустынная саранча.

Пустынная саранча относительно мало активна при 17°С , но, расположившись под прямым углом к направлению солнечных лучей, способна поглощать тепловую энергию. Когда температура воздуха повышается примерно до 40°С, насекомое меняет положение и располагается параллельно солнечным лучам, чтобы уменьшить обогреваемую поверхность тела. Во избежание дальнейшего повышения температуры тела, которое может привести к гибели, саранча приподнимается над землей или взбирается на растения.

Бабочка

Дневной бабочке с утра надо нагреться до 30°С, иначе ей не взлететь. Поэтому она принимает солнечные ванны, сложив крылья над спиной, - их темная сторона улавливает больше тепла. Бабочки кажутся неженками, но по дальности перелетов соперничают с птицами.

Стрекоза

Стрекозы - хладнокровные, для полета они прогревают мышцы, сидя на солнце или просто <<трепеща>>, не взлетая. А вот в воздухе она может перегреться, поэтому после короткого полета насекомое секунд 15 планирует, остывая. Кроме того, разгоряченная летательными мышцами кровь перекачивается из груди в длинное брюшко, где температура всегда ниже.

Арктические жуки и мухи.

Арктические жуки и мухи с Аляски способны выживать при температуре до -60 ° С. И хотя они замерзают, кристаллы льда образуются снаружи от клеток, не повреждая их. Жуки, живущие во мхах и лишайниках на арктических островах, благодаря охлаждению способны выживать при температуре до - 38 ° С. Глицериновое масло в теле жуков выполняет роль антифриза.

У шмелей имеется <<центральное отопление>>. Они могут поддерживать температуру своего тела на уровне 30-37°С, когда температура воздуха близка к 0 ° С. Тепло образуется благодаря химическим процессам, происходящим в мускулах во время полёта.

Итак, все виды животных хорошо приспособлены к суровым условиям. Одни имеют пушистую шубу, другие копят большой слой жира, некоторые виды впадают в спячку. И это все не мешает им насиживать яйца, выращивать детенышей, охотиться.