Почему так? Млекопитающие и жизнь животных. Том 9
- -
- 100%
- +
О книге
Сергей Орлов. Почему так? Мир в вопросах и ответах.
Текстовая версия: 200 вопросов и ответов. Библиография приведена в конце книги.
Рабочая редакция: предварительная сверка источников проведена, окончательная научная рецензия и редактура не завершены.
Что объединяет млекопитающих
1. Что делает животное млекопитающим?
Млекопитающие — группа позвоночных, к которой относятся и мышь, и слон, и человек. Их объединяет происхождение и набор особенностей строения, а не размер, место обитания или привычка ходить на четырёх ногах. Самки вырабатывают молоко для питания потомства. Волосы появляются хотя бы на определённом этапе развития; у некоторых видов они почти незаметны. В среднем ухе находятся три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Они участвуют в передаче колебаний к внутреннему уху. Отдельный признак легко вводит в заблуждение: живых детёнышей рождают также некоторые рыбы и пресмыкающиеся. Поэтому животное относят к млекопитающим по совокупности признаков и эволюционному родству. Кит не перестал быть млекопитающим, когда его предки освоили воду, а летучая мышь — когда её предки стали летать.
Источники: S01
2. Зачем млекопитающим молоко?
Молоко обеспечивает детёныша пищей в период, когда он ещё не может самостоятельно добывать и перерабатывать взрослый корм. Вместе с водой он получает жиры, белки, углеводы и другие необходимые вещества. Их соотношение различается у разных видов: потребности новорождённого и условия его жизни неодинаковы. Молоко образуется в молочных железах матери, поэтому выращивание потомства требует от неё дополнительных ресурсов. У детёныша питание связано с поведением: ему нужно найти мать, добраться до желез и получить корм. В начале жизни эта связь может быть особенно тесной. Позже молодое животное осваивает другую пищу, хотя переход не обязательно происходит за один день. Выкармливание молоком объединяет млекопитающих с очень разными способами размножения: оно есть даже у видов, которые откладывают яйца.
Источники: S02
3. Почему шерсть помогает сохранять тепло?
Шерсть удерживает возле кожи слой воздуха и замедляет передачу тепла между телом и окружающей средой. Сам волос не работает как маленькая печка: тепло в основном возникает внутри организма при обмене веществ. Шерстяной покров помогает терять его медленнее. Значение имеют густота волос, их расположение и состояние. Поэтому внешний вид меха нельзя оценивать отдельно от условий, в которых живёт животное. Волосы выполняют и другие задачи: участвуют в окраске, защищают поверхность тела и воспринимают прикосновения. У разных млекопитающих сочетание этих функций неодинаково. Густая шуба не является обязательной для всей группы. При изменении образа жизни волосяной покров может сильно уменьшиться, тогда как принадлежность животного к млекопитающим сохраняется вместе с его происхождением и другими особенностями строения.
Источники: S03
4. Что означает слово «теплокровный»?
В обычной речи так называют животное, которое способно производить значительную часть необходимого тепла за счёт внутренних процессов. Более точный термин для этой особенности — эндотермия. При переработке питательных веществ выделяется энергия, и часть её превращается в тепло. Организм может регулировать его производство и отдачу, поддерживая условия для работы органов. Но эндотермия не означает, что температура никогда не меняется. Она зависит от вида, состояния животного и окружающей среды. Сохранение тепла также требует подходящей изоляции и поведения: одного внутреннего источника недостаточно. Такая система позволяет быть активным при разных внешних температурах, однако обходится недёшево. Животному нужна пища для покрытия энергетических затрат. Поэтому способность согревать себя связана с устройством тела, обменом веществ и доступностью ресурсов.
Источники: S04
5. Все ли млекопитающие рождают живых детёнышей?
Нет: утконос и ехидны откладывают яйца. Эти животные относятся к однопроходным — особой ветви современных млекопитающих. После вылупления их детёныши получают молоко, как и потомство других представителей группы. Следовательно, рождение живого детёныша не служит безусловным определением млекопитающего. У однопроходных есть собственное сочетание признаков: часть напоминает особенности других позвоночных, часть характерна именно для млекопитающих. Это не превращает утконоса в смесь нескольких современных животных. Его строение сложилось в ходе истории отдельной эволюционной линии. Яйцо также не делает его птицей. Группы организмов определяют по родству и совокупности особенностей. Однопроходные показывают, насколько разнообразными могут быть способы размножения внутри одной большой группы, даже когда питание потомства молоком остаётся общей чертой.
Источники: S05
6. Как детёныш ехидны получает молоко без сосков?
У ехидны молочные железы открываются на специальных участках кожи, а выступающих сосков нет. Детёныш получает выделяющееся молоко с поверхности этих участков. Поэтому наличие молочных желез и наличие сосков — разные признаки: первое характерно для млекопитающих, второе встречается не у всех. Молодая ехидна появляется из яйца очень маленькой и нуждается в длительной заботе. Её дальнейший рост связан с питанием молоком. Взрослая ехидна покрыта иглами, но это не отделяет её от млекопитающих: иглы представляют собой специализированные волосы. Так у одного животного соединяются яйцекладность, молочное вскармливание и необычный волосяной покров. Чтобы понять его устройство, полезнее рассматривать работу каждой структуры, чем искать внешнее сходство с более привычными зверями или считать непривычный признак ошибкой природы.
Источники: S06
7. Почему кенгурёнок продолжает развиваться в сумке?
Кенгурёнок рождается на очень ранней стадии развития, поэтому после рождения ему ещё долго необходимы защита и постоянное питание. Он добирается до соска матери и продолжает расти, получая молоко. Сумка создаёт защищённое место для этого этапа, но она не заменяет беременность в буквальном смысле: рождение уже произошло, а развитие идёт вне материнской матки. Такой жизненный цикл характерен для сумчатых, хотя выраженная сумка есть далеко не у всех представителей этой группы. Поэтому название не следует понимать как обязательное описание внешности каждого вида. Основная особенность связана с распределением развития между периодом до рождения и длительным молочным вскармливанием после него. Перед нами иной способ выращивания потомства, а не просто уменьшенная копия того, как развивается детёныш кошки или лошади.
Источники: S07
8. Для чего нужна плацента?
Плацента обеспечивает обмен между организмом матери и развивающимся потомством. Через неё к зародышу поступают необходимые вещества и кислород, а продукты его обмена передаются в обратном направлении. Это временный орган, связанный с беременностью, а не постоянная часть тела взрослого животного. Обмен не следует представлять как простое смешивание двух потоков крови: между ними находятся ткани, через которые проходят вещества. У плацентарных млекопитающих плацента позволяет поддерживать развитие потомства внутри матки, но срок беременности и состояние новорождённого сильно различаются у разных видов. Само название группы не означает, что любые другие млекопитающие полностью лишены плацентарных структур: они имеются и у сумчатых. Различаются устройство этих структур и роль, которую они играют в общем ходе развития.
Источники: S08
9. Почему кит — млекопитающее, а не рыба?
Кит живёт в воде, но дышит воздухом с помощью лёгких и кормит детёныша молоком. Его предки принадлежали к наземной линии млекопитающих; возвращение в водную среду изменило тело, сохранив это родство. Обтекаемая форма снижает сопротивление при движении. Передние конечности стали ластами, а хвост помогает продвигаться в воде. Ноздри расположены сверху головы и образуют дыхало, через которое животное делает вдох у поверхности. Такой набор приспособлений объясняет внешнее сходство с рыбами, но не делает кита их родственником в пределах этой группы. Сходные условия могут приводить к сходным формам тела у разных эволюционных линий. Для классификации важны происхождение и устройство организма, поэтому место обитания само по себе не отвечает на вопрос, к какой группе относится животное.
Источники: S09
10. Почему летучую мышь не относят к птицам?
Летучая мышь — млекопитающее: её тело покрыто волосами, а детёныши питаются молоком. Крылья возникли в её эволюционной линии независимо от птичьих. У летучей мыши полёт поддерживает кожная перепонка, натянутая между сильно удлинёнными пальцами передней конечности и другими участками тела. У птицы несущая поверхность устроена иначе и включает перья. При этом оба крыла преобразованы из передних конечностей позвоночных, поэтому на более глубоком уровне их костный план связан общим происхождением. Способность летать не определяет принадлежность к птицам: насекомые тоже летают, а некоторые птицы утратили полёт. Летучие мыши совершают активный машущий полёт, в отличие от зверей, которые лишь планируют между деревьями. Разобраться в их родстве помогает строение и история, а не один заметный способ передвижения.
Источники: S10
Строение тела и способы питания
11. Зачем млекопитающим разные зубы?
Зубы разной формы выполняют разные операции с пищей. Резцы помогают отделять кусочки, клыки — захватывать и удерживать, а щёчные зубы — разрезать или перетирать. Такой набор называют разнозубостью. Он особенно заметен, если сравнить челюсти кошки и травоядного копытного: пища требует от них разной обработки. У кошки часть щёчных зубов образует режущий инструмент, тогда как у многих растительноядных животных развиты широкие поверхности для измельчения корма. Однако одинакового комплекта для всех млекопитающих нет. У грызунов отсутствуют клыки, у усатых китов взрослые зубы заменены китовым усом. Поэтому по зубам можно многое узнать о способе питания, но нельзя определить весь рацион с полной уверенностью. Строение челюстей нужно рассматривать вместе с поведением животного и устройством его пищеварительной системы.
Источники: S11
12. Почему резцы грызунов постоянно растут?
Резцы грызунов постоянно обновляются у основания, компенсируя изнашивание при работе. Мышь раскусывает семена, а бобр срезает древесину: такой инструмент быстро потерял бы рабочую длину без непрерывного роста. Эмаль покрывает зуб неравномерно. Более мягкий дентин стирается быстрее, поэтому край остаётся острым, подобно лезвию долота. Это сочетание роста и износа делает резцы пригодными для многократного использования. Их нормальная форма зависит и от того, как верхние и нижние зубы соприкасаются. Если изнашивание нарушено, продолжающийся рост может стать проблемой, а не преимуществом. При этом нельзя переносить устройство резцов на все зубы любого грызуна: щёчные зубы у разных групп устроены по-разному. Постоянно растущая передняя пара — общий признак отряда, объединяющий маленькую мышь и крупную капибару.
Источники: S12
13. Как диафрагма помогает дышать?
Диафрагма — мышечная перегородка между грудной и брюшной полостями. При вдохе она сокращается и уплощается, увеличивая объём грудной полости. Вместе с движениями рёбер это помогает расширить лёгкие. Давление воздуха внутри них становится ниже наружного, и воздух поступает по дыхательным путям. При спокойном выдохе мышцы расслабляются, а упругие ткани возвращаются к прежнему состоянию: объём уменьшается, воздух выходит. Поэтому лёгкие не работают как самостоятельный мышечный насос. Их движение связано с окружающими структурами. Затем в мельчайших воздушных участках лёгких происходит другая работа — обмен кислорода и углекислого газа с кровью. Вентиляция доставляет свежий воздух, а газообмен переносит вещества через тонкую границу. Эти процессы связаны, но означают разные этапы дыхания млекопитающего.
Источники: S13
14. Что чувствует животное своими усами?
Усы, или вибриссы, помогают млекопитающим получать сведения о ближайшем пространстве через прикосновение. Это особые волосы, связанные с чувствительным аппаратом у основания. Когда волос сгибается при контакте с предметом, нервная система получает сигнал о воздействии. Кошка может исследовать край препятствия, а небольшое ночное животное — ощупывать окружение там, где зрение даёт мало информации. Однако волос сам по себе не является нервом: сигнал возникает благодаря устройству его основания. Вибриссы дополняют зрение, слух и обоняние, а не заменяют их целиком. Их расположение и способы использования различаются между видами. Представление, будто усы всегда служат точной линейкой для измерения прохода, слишком упрощает их работу. Животное собирает множество ощущений и использует их вместе при движении и поиске пищи.
Источники: S14
15. Почему корова пережёвывает жвачку?
Корова возвращает часть проглоченного корма в рот, чтобы повторно его измельчить. Растительная пища содержит прочные клеточные стенки, и одного быстрого пережёвывания недостаточно для её эффективной переработки. В первых отделах желудка живут микроорганизмы, участвующие в расщеплении растительного материала. Повторное жевание уменьшает частицы и делает их более доступными для дальнейшей обработки. Затем пища продолжает путь по пищеварительной системе. У коровы один сложный желудок с четырьмя отделами: рубцом, сеткой, книжкой и сычугом. Выражение «четыре желудка» удобно в бытовом разговоре, но неточно описывает строение органа. Жвачка — нормальная часть питания жвачных, а не случайный возврат неудачно проглоченного обеда. Так животное сочетает механическую работу зубов с деятельностью микробного сообщества, используя корм, который человек самостоятельно переварить не может.
Источники: S15
16. Как лошадь получает питательные вещества из травы?
Лошадь использует помощь микроорганизмов, но устроена иначе, чем корова. У неё простой желудок, а важная часть переработки растительной клетчатки происходит дальше — в слепой и ободочной кишках. Там обитают бактерии и другие микроорганизмы, способные разбирать вещества, с которыми собственные пищеварительные ферменты лошади справляются плохо. При ферментации образуются соединения, в том числе летучие жирные кислоты, которые животное может использовать как источник энергии. Поэтому трава становится питательной благодаря совместной работе организма и его микробных обитателей. Лошадь не пережёвывает жвачку: место ферментации и последовательность обработки пищи у неё другие. Даже среди травоядных млекопитающих нет единственной схемы пищеварения. Сходный корм может перерабатываться разными способами, а устройство кишечника помогает понять различия в питании и поведении животных.
Источники: S16
17. Зачем кролик повторно съедает часть выделений?
Повторное поедание части выделений помогает кролику извлечь больше питательных веществ из растительной пищи. Микроорганизмы перерабатывают её в задних отделах пищеварительного тракта, уже после прохождения тонкой кишки. Поэтому некоторые результаты их работы сначала оказываются за участком, где многие питательные вещества удобно усваивать. Кролик образует особые мягкие выделения и проглатывает их повторно, возвращая материал в начало пищеварительного пути. Этот процесс называют цекотрофией. Он отличается от обычного избавления организма от непереваренных остатков и является частью нормального питания. У кролика возникают и другие, более сухие выделения; смешивать эти два продукта нельзя. Такое поведение выглядит странно лишь с человеческой точки зрения. Для животного оно решает конкретную задачу: позволяет полнее использовать небогатый корм и деятельность собственного кишечного микробного сообщества.
Источники: S17
18. Что верблюд хранит в горбе?
В горбе верблюда находится жировой запас. Когда пищи недостаточно, организм расходует этот жир как источник энергии. Горб не является ёмкостью, наполненной питьевой водой: привычный образ запасной бочки неверно объясняет устройство животного. По мере использования жира форма горба может меняться, он становится менее наполненным и иногда обвисает. У дромедара один горб, у двугорбых верблюдов — два, но назначение запасов сходно. Возможность переживать трудные периоды зависит не только от размера горба. Имеют значение доступность корма и воды, нагрузка и условия окружающей среды. Поэтому один внешний признак не позволяет вычислить, сколько именно животное выдержит без питья. Горб помогает пережить недостаток пищи, а жизнь в засушливых местах обеспечивается целым комплексом приспособлений организма и поведения.
Источники: S18
19. Как большие уши помогают слону охлаждаться?
Большие уши слона участвуют в отдаче тепла. Через них проходит множество кровеносных сосудов, а широкая поверхность соприкасается с окружающим воздухом. Когда условия позволяют, кровь отдаёт часть тепла через ткани уха. Движения ушами усиливают обдувание и помогают охлаждению. Это напоминает работу радиатора, хотя ухо остаётся живым органом со многими функциями. Африканские слоны имеют особенно крупные ушные раковины, азиатские — меньшие. Но даже большие уши не обеспечивают одинаково эффективного охлаждения при любой погоде: обмен теплом зависит от условий среды. Слон также обливается водой, использует тень и меняет поведение. Уши служат слуху и участвуют в сигналах другим животным. Поэтому взмах ушами нужно оценивать в ситуации: он может быть связан с охлаждением, общением или несколькими задачами одновременно.
Источники: S19
20. Почему ленивец движется медленно?
Медленные движения ленивца связаны с его способом получать и расходовать энергию. Значительную часть его рациона составляет растительный корм, который требует длительной переработки с участием кишечных микроорганизмов. Такой образ питания сочетается с невысокими энергетическими затратами и медленным обменом веществ. Животное не обязано непрерывно бегать за добычей: пища находится среди ветвей, где оно проводит большую часть жизни. Медлительность поэтому нельзя объяснить человеческой «ленью» или отсутствием способности двигаться. Ленивец перемещается, ищет корм и удерживается на ветвях благодаря особенностям своего тела и поведения. Двупалые и трёхпалые ленивцы различаются, поэтому единственная цифра скорости или времени сна плохо описывает всю группу. Перед нами один из способов жизни млекопитающих: экономное использование энергии в сочетании с освоением древесной среды.
Источники: S20
Приспособления к разным условиям жизни
21. Почему гепард так быстро бегает?
Быстрый бег гепарда обеспечивается сочетанием особенностей тела. Длинные конечности позволяют делать большие шаги, а гибкий позвоночник увеличивает размах движений при чередовании сгибания и разгибания спины. Когти, которые не прячутся так полно, как у многих других кошек, помогают сцеплению с грунтом. Длинный хвост участвует в управлении телом во время поворотов. Дыхательная и кровеносная системы обеспечивают интенсивную работу мышц. Но гепард — спринтер: высокая скорость нужна ему на коротком участке погони, а не на протяжении всего дня. Для успешной охоты важны также выбор момента, приближение к добыче и способность менять направление. Одного рекорда скорости недостаточно, чтобы описать охотника. Его приспособления работают вместе, а результат зависит от местности и действий преследуемого животного.
Источники: S21
22. Неужели в шее жирафа всего семь позвонков?
В шее жирафа семь позвонков, как у человека и большинства других млекопитающих. Большая длина возникает прежде всего благодаря удлинению самих позвонков, а не добавлению множества новых костей. Поэтому внешне очень разные шеи могут сохранять сходный план строения. Кости соединяются суставами, удерживаются связками и приводятся в движение мышцами. Длинная шея позволяет жирафу доставать листья высоко над землёй, но её использование не ограничивается кормлением: самцы применяют шею и голову при соперничестве. Нельзя представлять эволюцию как простое вытягивание одной детали без изменений остальных частей тела. Поддержание и движение длинной шеи требуют согласованного устройства опоры и мышц. Этот пример показывает, как общий для группы животных план может преобразоваться в очень необычную форму.
Источники: S22
23. Как бегемот перемещается под водой?
Обыкновенный бегемот часто передвигается под водой, опираясь на дно и отталкиваясь от него. Со стороны такие движения могут напоминать плавание, однако механизм отличается от работы ластами тюленя или хвостом рыбы. Вода меняет нагрузку на тело, и между толчками животное может двигаться плавно, словно замедляя шаги. Его глаза, уши и ноздри расположены высоко на голове: можно наблюдать за окружением и дышать, оставляя большую часть тела погружённой. При полном погружении дыхание приходится задерживать, поскольку бегемот получает кислород из воздуха. Жизнь в воде не превращает его в животное с жабрами. Разбирая подобные приспособления, полезно отделять место движения от способа движения: два млекопитающих в одной реке могут использовать воду и своё тело совершенно по-разному.
Источники: S23
24. Что помогает белому медведю сохранять тепло?
Белый медведь сохраняет тепло благодаря меху, подкожному жиру и поведению. Густой подшёрсток и более длинные наружные волосы создают защитный покров, а жир уменьшает потери тепла и служит запасом энергии. Эти способы особенно нужны животному, которое ходит по льду и охотится у холодной воды. Однако хорошая теплоизоляция не означает, что медведь должен постоянно двигаться или никогда не мёрзнет. Его состояние зависит от питания, нагрузки и окружающих условий. После охоты он может подолгу отдыхать, сокращая ненужные затраты энергии. Беременные самки используют снежные берлоги для рождения и выращивания маленьких медвежат. Поэтому арктическая жизнь складывается из работы тела и выбора подходящих действий. Одной белой окраски недостаточно для выживания в холоде: цвет и теплоизоляция выполняют разные задачи.
Источники: S24
25. Зачем выдра так тщательно ухаживает за мехом?
Уход за мехом помогает выдре поддерживать защиту от охлаждения. В её покрове есть густой подшёрсток, удерживающий воздух, и более длинные наружные волосы. Правильно расположенные волосы ограничивают проникновение воды к коже. Во время чистки животное освобождает их от загрязнений и восстанавливает состояние покрова. Поэтому такое поведение нельзя считать только заботой о внешнем виде. Для млекопитающего, которое добывает пищу в воде, исправная теплоизоляция имеет прямое значение. Особенно густ мех у калана, или морской выдры. Если волосы слипаются из-за нефтяного загрязнения, защита ухудшается и потери тепла растут. Разные виды выдр живут в разных условиях, но связь между устройством меха и уходом за ним показывает общее правило: анатомическое приспособление часто нуждается в регулярных действиях самого животного.
Источники: S25