Читать онлайн «Почему у пингвинов не мерзнут лапы? И еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого». Страница 10

При ударе молнии температура достигает нескольких тысяч градусов, молния способна испарить воду вблизи точки удара. В итоге возникает поверхностная ударная волна, которая превратит рыбу в месиво или оглушит ныряльщика на расстоянии порядка нескольких десятков метров.

Люди, находящиеся в металлической лодке вблизи места удара молнии, наверняка испытают на себе и первое, и второе его воздействие. Кроме того, металлическая обшивка проводит электричество гораздо лучше, чем вода, поэтому молния наверняка предпочтет ей лодку.

Эндрю Хили

Эшфорд, Миддлсекс, Великобритания

При ударе молнии безопаснее всего находиться внутри проводника – например, в лодке с металлической обшивкой или под водой (при условии, что вы – рыба).

В прошлом веке физик Майкл Фарадей доказал, что внутри проводника нет электрического поля. Он продемонстрировал это, войдя в проволочную клетку и подвергнув ее удару искусственной молнии. Все присутствующие, кроме самого Фарадея, были изумлены, когда он вышел из клетки невредимым.

Эрик Джиллис

Университет Глазго, Великобритания

«Почему рыбы не пукают?»

Кристин Каливоски

Брентвуд, Калифорния, США

Вероятно, автор вопроса решила, что рыбки не пукают, потому что никогда не видела, как из заднего прохода у них появляются пузырьки.

Однако у рыб в кишечнике образуются газы, они выводятся наружу, как у большинства животных. Разница – в упаковке.

Перед выводом из организма рыбы упаковывают свои испражнения в тонкую студенистую трубку. В ней содержится и весь газ, который образовался в пищеварительной системе или поступил в нее. Результат – фекалии в виде колбаски, которая или тонет, или всплывает. И поскольку многим рыбам свойственна копрофагия, эти колбаски в воде надолго не задерживаются.

Дерек Смит

Лонг-Саттон, Линкольншир, Великобритания

Я несколько раз видел, как мои цихлиды пускали газы – к неудовольствию моего угря.

Вероятно, дело в том, что рыбы заглатывают слишком много воздуха, пока жадно пожирают корм с поверхности воды. Если бы воздух не выводился из организма, он наносил бы рыбам серьезный ущерб.

Питер Хенсон

Университет Лондона, Великобритания

Плавучесть большинству акул обеспечивает липидный сквален высокой плотности, а обыкновенные песчаные акулы Eugomphodus taurus освоили технику пуканья как дополнительное средство для обеспечения плавучести. Акула выплывает на поверхность и заглатывает воздух, который попадает ей в желудок. После этого акула может выпускать воздух в нужных количествах, чтобы удерживаться на определенной глубине.

Александра Осман

Лондон, Великобритания

«Почему в Антарктиде зимой у пингвинов не мерзнут лапы, несмотря на постоянное соприкосновение со льдом и снегом? Когда-то давно я слышала по радио, будто ученые обнаружили у пингвинов дополнительную систему кровоснабжения лап, не дающую им замерзать. Но никакой информации об этом или объяснений я нигде не нашла. Я пыталась выяснить у специалистов по пингвинам, правда ли это, но никто не смог мне ответить».

Сюзан Пейт

Эноггера, Квинсленд, Австралия

Как и другие птицы, живущие в холодном климате, пингвины приспособились почти не терять тепло и поддерживать температуру тела на уровне 40 °C. Поддержание температуры лап представляет серьезную проблему, так как их не покрывает защитный слой перьев или жира, а площадь поверхности ног велика (то же самое относится к полярным млекопитающим, например белым медведям).

В дело вступают два механизма. Во-первых, пингвины могут регулировать приток крови к лапам, меняя диаметр артерий, по которым поступает кровь. На холоде ее приток снижается, в тепле увеличивается. Такое же явление наблюдается и у людей: именно поэтому кисти наших рук и ступни белеют, когда нам холодно, и розовеют в тепле. Эта регуляция – чрезвычайно сложный механизм, в нем задействованы гипоталамус и разные органы нервной и эндокринной систем.

Кроме того, в верхней части лап у пингвинов есть «противоточный теплообменник». Артерии, подающие теплую кровь к лапам, разветвляются на множество мелких сосудов, которые соседствуют с таким же количеством вен, по которым холодная кровь уходит из лап. Тепло передается от теплой крови холодной, поэтому в ноги почти не по-ступает.

Зимой температура лап пингвинов на один-два градуса выше температуры замерзания: это помогает снизить до минимума потери тепла и избежать обморожения. Так же устроены лапы у гусей и уток, но, если несколько недель подержать их в тепле, а потом выпустить на снег и лед, лапы могут к ним примерзнуть. Дело в том, что физиологически птицы успевают адаптироваться к теплу, приток крови к ногам практически прекращается, а температура ног падает ниже точки замерзания.

Джон Дейвенпорт

Морская биологическая станция, Университет

Миллпорт, остров Камбра, Великобритания

Насчет дополнительной системы кровообращения ничего не могу сказать, но феномен холодных лап у пингвинов можно отчасти объяснить любопытными биохимическими причинами.

Реакция кислорода с гемоглобином относится к сильным экзотермическим: когда молекула гемоглобина присоединяется к кислороду, выделяется определенное количество тепла. Как правило, такое же количество тепла поглощается в обратной реакции, когда от гемоглобина отделяется кислород. Но поскольку окисление и вытеснение кислорода происходит в разных отделах организма, изменение параметров молекулярной среды, например кислотности, может привести к избыточной потере или накоплению тепла.

Количество тепла может варьироваться у разных существ. Организм антарктических пингвинов устроен так, что в морозы ткани периферийных органов, в том числе лап, выделяют меньше тепла, чем человеческие стопы. У этого явления есть два преимущества. Прежде всего, в гемоглобин птиц попадает меньше тепла при вытеснении кислорода, поэтому вероятность замерзания лап заметно снижается.

Еще одно преимущество – следствие законов термодинамики. При любой обратимой реакции, в том числе при поглощении или вытеснении кислорода гемоглобином, низкие температуры способствуют развитию реакции в экзотермическом направлении и препятствуют развитию в обратном. Следовательно, при низких температурах кислород активнее поглощается гемоглобином большинства живых существ и отделяется от него с трудом. Сравнительно низкое количество тепла означает, что в холодных тканях соединение гемоглобина с кислородом не достигает уровня, при котором кислород не может отделиться от него.

Изменение количества тепла у разных видов живых существ – еще одно любопытное следствие. У некоторых антарктических рыб тепло обычно выделяется при высвобождении кислорода. В крайнем проявлении это наблюдается у тунца, который при отделении кислорода от гемоглобина выдает столько тепла, что может поддерживать температуру тела, примерно на 17 °C превышающую температуру окружающей среды. Значит, тунец вовсе не хладнокровный!

Обратное явление наблюдается у животных, которым необходимо снижать количество тепла из-за чрезмерной метаболической активности. При окислении гемоглобина количество тепла в организме мигрирующей водяной курочки превышает этот же показатель в организме простого голубя. Поэтому курочка может преодолевать большие расстояния и не перегреваться.

И наконец, эмбрионам необходимо куда-то девать тепло, а единственное звено, которое связывает их с внешним миром, – кровеносная система матери. Снижение количества тепла при окислении гемоглобина эмбриона по сравнению с гемоглобином матери приводит к тому, что при выходе кислорода из крови матери тепла поглощается больше, чем выделяется при окислении гемоглобина эмбриона. Таким образом, тепло попадает в кровеносную систему матери и уносится от эмбриона.

Крис Купер и Майк Уилсон

Университет Эссекса, Колчестер, Великобритания

«Почему летучие рыбы летают? Спасаются от хищников, ловят в воздухе насекомых или просто полеты для них – более эффективный способ передвижения, чем плавание? Или существует совершенно иная причина?»

Джулиан Картрайт

Пальма-де-Майорка, Испания

Обычно полеты летучих рыб объясняют бегством от хищников, особенно от стремительных дельфинов. Рыбы выскакивают из воды не для того, чтобы ловить насекомых: летучие рыбы живут в открытом океане, а над большими водными пространствами насекомые летают редко.

Было высказано предположение, что рыбы летают (на самом деле парят, так как «крыльями» они не машут), чтобы сэкономить энергию, но для энергичных взлетов требуется активная работа белых анаэробных мышц, заставляющих хвост совершать 50–70 движений в секунду. Эти действия сопряжены с огромными затратами энергии.