Книга: Животные и континенты (Популярная зоогеография)

Среда жизни и биологические особенности организмов

Среда жизни и биологические особенности организмов

Среди множества факторов и условий, формирующих жизнь на Земле, вода и суша больше других различаются по своей плотности и влажности, вследствие чего различия между животными, обитающими в воде и на суше, наиболее существенны.

Плотность среды. Различная плотность среды, в которой животное живет и перемещается, оказывает самое непосредственное влияние на его внешний вид и строение.

Плотность воды приблизительно в 773 раза больше плотности воздуха. И соответственно вода оказывает большее сопротивление движущемуся в ней предмету. Поэтому каждое активно плавающее животное должно иметь обтекаемую форму, подобную той, что у рыб. Тело должно быть закруглено или слегка заострено спереди, постепенно сужаться к спине и заостряться к хвосту и в общей схеме не должно иметь никаких длинных отростков, шипов и рогов. Если какое-либо водное животное не соответствует упомянутым требованиям, то оно не может быть хорошим пловцом. На суше таких ограничений нет. Даже самые быстроногие, такие, как копытные млекопитающие, могут иметь довольно причудливые формы тела: длинную шею, большие рога, как у оленей, длинные, тонкие ноги — самое совершенное средство передвижения на суше.

Каждое полезное приобретение обычно стоит организму какой-нибудь потери. Большинство свободно перемещающихся водных животных почти ничего не весит. Достаточно вспомнить закон Архимеда. Водное животное расходует свою энергию лишь тогда, когда движется. Когда оно не плывет, то может оставаться с совершенно расслабленными мышцами, в состоянии полной неподвижности. Мы, жители суши, не можем даже себе этого представить. Чувство невесомости в воде испытывают аквалангисты и ценят его как одну из радостей подводного спорта. Воздух же не дает животному почти никакой опоры. У наземного животного, даже если оно просто стоит, в напряжении находятся многочисленные группы мышц. Как при движении, так и в состоянии неподвижности оно должно выдерживать на своей шее вес головы, а на ногах — тяжесть всего тела и для этого расходовать много энергии. Поэтому всем сухопутным животным требуется относительно большее количество энергии, чем жителям вод. Для пополнения же запаса энергии наземное животное потребляет относительно больше пищи, а значит, расходует и больше кислорода. Обмен веществ его более интенсивен, а система дыхания и кровообращения достигает высокого совершенства.

Плотность среды влияет не только на особенности строения организмов и на диапазон их приспособительных, адаптационных возможностей, но и на географическое распространение животных и их распределение в пространстве по биотопам[1].

Масса тела. Размеры тела животного зависят от плотности среды. Водное животное может быть огромным, поскольку водная среда допускает большое увеличение размеров организмов. На суше все иначе. Здесь животное должно носить свое тело, как правило, на собственных ногах. При увеличении линейных размеров животного сила мышц возрастает в квадратной прогрессии, в то время как масса увеличивается в кубической. Чем животное крупнее, тем относительно больше требуется мышечной силы, чтобы устоять на ногах, а значит, большим должен быть и расход энергии на передвижение. Если какое-либо животное вдруг начало бы неограниченно расти, то по мере роста оно гораздо быстрее становилось бы все более грузным, чем увеличивалось бы в размерах. В итоге оно стало бы передвигаться с большим трудом. При достижении предельного роста наземное животное вообще не смогло бы ходить. Единственное, на что оно было бы тогда способно, — это стоять. И вся сила его мышц целиком пошла бы только на то, чтобы удержаться на ногах. А если бы животное выросло еще и предел роста для стояния был бы превышен, то оно свалилось бы на землю и не смогло бы подняться, придавленное своим весом.

Это рассуждение может показаться преувеличенным, а между тем это правда. Если морские волны выбросят на мель неосторожного кита, то он очень скоро погибнет не от недостатка пищи и не от одиночества, а от удушья, поскольку силы мышц на суше окажется недостаточно для осуществления дыхательных движений столь грузного тела.

Киты — водные гиганты, многие виды которых — это самые крупные животные всех времен на нашей планете. Длина тела голубого кита (Balaenoptera musculus) достигает 30 метров, а самый тяжелый из китов — гренландский кит (Balaena mysticetus); некоторые особи этого вида показали рекордный вес — около 200 тысяч килограммов.

На суше ни одно животное не достигало и не достигнет таких размеров. У ныне живущих слонов длина тела 4 метра, а вес 4 тысячи килограммов. По сравнению с китами слоны выглядят карликами. Но при этом слоны ведут себя серьезно и «степенно», а стадо китов порой резвится, словно группа малышей. Простые расчеты показывают, что максимально возможные размеры сухопутного животного ограниченны. И если представить его в виде гипотетической плотной биомассы, то высота ее не превысила бы 5 метров при длине 6 метров. Палеонтология дает примеры сухопутных гигантов, приблизившихся к возможным предельным размерам. Это вымерший индрикотерий из надсемейства носороговых (Rhinocerotoidea).

Но как объяснить саму возможность существования на суше ископаемых пресмыкающихся — великанов бронтозавров, диплодоков и некоторых других? Ведь тело их достигало в длину 20 и 30 метров, а весили они, вероятно, около 40 тонн. Механизм их передвижения до настоящего времени еще не вполне объяснен. Наиболее правдоподобным кажется предположение, что эти животные обитали в мелководных водоемах и вели полуводный образ жизни и именно водная среда обеспечивала им возможность перемещать в пространстве свои непомерно тяжелые тела.

Форма тела. Форма тела животных в высшей степени разнообразна. Но у животных, способных очень быстро передвигаться, даже если они обитают в разной среде (например, птицы — в воздухе, а рыбы — в воде), тело приобретает обтекаемую форму. И это — прямое, формирующее влияние среды жизни, которым достигаются аналогичные результаты в итоге естественного отбора.

Органы чувств. Развитие органов чувств, их особенности и функционирование непосредственно связаны со свойствами среды жизни, которую они «исследуют». У организмов в водной среде возник, например, такой орган, как «боковая линия». Рыбы используют ее для улавливания импульсов от движения воды. Водным животным присуще «химическое чувство», определяющее изменение химизма среды. У наземных животных это чувство разделяется на вкус и обоняние. Для многих млекопитающих, особенно для тех, которые ведут ночной образ жизни, наиболее важным чувством оказывается именно обоняние.

Огромное значение для обитателей суши имеет слух, который развивался и совершенствовался по мере развития голосовых органов и звуковой сигнализации. Особая форма коммуникативных связей у животных возникла на основе ультразвуков и развития эхолокации. Этот способ исследования среды и общения свойствен некоторым группам животных как на суше, так и в водной среде. Классическим примером этого в первом случае служат летучие мыши, у которых возник сложный аппарат для эхолокации, помогающий им добывать корм ночью путем ловли летающих насекомых и свободно передвигаться во тьме пещер.

Другой пример дают обитатели вод — дельфины, локационные способности которых поражают своим совершенством и в настоящее время усиленно изучаются. Зрение в наибольшей степени развито у сухопутных животных, что связано с малой плотностью воздуха по сравнению с водой. Органы зрения по-разному устроены у беспозвоночных и позвоночных животных, но и у тех и у других они могут обеспечивать исключительную остроту и высокую разрешающую способность.

Органы чувств — это важнейшие каналы связи организмов со средой.

Влажность. Влажность, так же как и плотность среды, оказывается важнейшим фактором, дифференцирующим условия жизни. В водной среде вопрос о влажности просто снимается. Здесь возникают проблемы регулирования осмотического давления в организмах водных животных, обитающих в гипертонической, насыщенной солями водной среде, и т. п.

Для сухопутных животных влажность — важнейший фактор, влияющий на их распределение по местам обитания, на ход их сезонной жизни, на суточную активность и в итоге на их географическое распространение. Тут имеют значение и общие показатели влажности климата, и сезонный ритм увлажнения, и влажность воздуха, почв, и даже влажность микроклимата нор животных — соседей по биогеоценозу.

Покровы тела. Предохранение организма от избыточной потери влаги — одно из важнейших условий жизни животных на суше. Поэтому кожный покров позвоночных и иные оболочки у животных различных групп наряду с разнообразными функциями (теплоизоляцией, механической защиты, дыхательной, локомоторной и др.) исполняют роль относительно водонепроницаемой пленки.

Различные членистоногие в большинстве случаев покрыты жестким, непроницаемым панцирем из хитина. Брюхоногие защищают свое тело чаще всего известковыми раковинами, роговой кутикулой и выделениями слизи на открытых участках оболочки тела.

Кожа позвоночных мягкая и эластичная, покрыта с поверхности ороговевшим отмершим слоем, ограничивающим испарение. На коже пресмыкающихся развиваются толстые роговые чешуйки и пластинки, у птиц — перья и пух, у большинства млекопитающих — шерсть. Меньше испаряется влага с поверхности тела у животных, обитающих во влажной среде, в почве, в лесном опаде или скрывающихся в глубине нор.

Органы дыхания. Развитие органа дыхания у животных связано с возникновением большой увлажненной поверхности для увеличения его контакта с воздухом, из которого кислород должен поступать в кровь. В водной среде дыхание осуществляется с помощью жабер (разветвленной системы тонкостенных выростов тела, пропитанных кровеносными сосудами) или всей поверхностью тела. Сухопутные животные вынуждены предохранять свой дыхательный аппарат от высыхания. С этим связаны разнообразные приспособления, выработавшиеся в результате длительной эволюции: у некоторых групп животных, например насекомых, это система трахей, пронизывающих тело животного и доставляющих кислород в различные части организма, у других животных — большинства наземных позвоночных — имеются легкие — специальный дыхательный орган, находящийся внутри тела и обладающий губчатым, альвеолярным строением[2]. Последнее обеспечивает огромную поверхность контакта увлажненных тканей тела, несущих тонкие капиллярные кровеносные сосуды, с воздухом при ограниченном объеме всего органа.

Среди главнейших характеристик различных классов животных важное место принадлежит типичным для каждого класса особенностям покровов тела и системе органов дыхания. В пределах же класса процесс приспособления отдельных групп животных к среде не вносит принципиальных изменений в схему строения дыхательного органа и покровов тела.