Загадки еволюції розміри тварин залежать від клімату

Головна »Матеріали» Нотатки »Загадки еволюції: Розміри тварин залежать від клімату

У 1847 році Карл Густав Бергман, який працював в Геттінгенському університеті, сформулював правило, яке в спрощеному вигляді звучить так: «У більш теплому кліматі теплокровні тварини одного або близьких видів дрібніше, а в більш холодному - крупніше».

Спочатку висновки німецького біолога, анатома і фізіолога були сприйняті науковим співтовариством з сумнівом, але з часом стало очевидно, що Бергман як не можна більш точно охарактеризував один з принципів еволюції.

Дійсно, така закономірність не тільки існує, а й добре помітна. Наприклад, у тварини, що має один з найширших ареалів проживання, - вовка. Аравійський вовк, що мешкає в Омані, Ізраїлі та інших країнах Близького Сходу, - худе низькоросла створення вагою близько 15 кілограмів. Незважаючи на свої розміри, це лютий хижак, біблійний символ злоби і люті.

Вовк з північних лісів і єгипетський вовк (нижче)

На Алясці ж і на півночі Канади водяться вовки вдвічі більший і вп'ятеро важче. Вовки з півночі Індії, які виховали Мауглі, навряд чи досягали ваги в чверть центнера, а ось звір, на якому скакав Іван Царевич, потягнув би, існуй він насправді, не менше ніж на 60 кілограмів, як досвідчений вовк лісовий зониУкаіни.

Аналогічна ситуація з пумою. Розкид у вазі у особин, що мешкають на екваторі і на півдні Канади або Аргентини, - від 60 до 110 і навіть, у виняткових випадках, 120 кілограмів.

Зміни помітні і в міру підйому в гори. Чим вище і, відповідно, холодніше, тим крупніше тварини. Якщо ж розглядати тварин близьких видів, то правило Бергмана ще очевидніше: малайський ведмідь, середня вага якого 45 кілограмів, вдесятеро поступається за вагою середньому білому ведмедю.

Білий ведмідь - один з найбільших наземних представників ссавців ряду хижих. Його довжина сягає 3 м, маса до 1 т. Мешкає в приполярних областях в північній півкулі Землі.

Малайський ведмідь - найдрібніший представник сімейства ведмедів: в довжину він не перевищує 1,5 м. Мешкає в Індії.

Хочете великих відмінностей? Будь ласка! Подумки поставте поруч самого маленького південного оленя, канчіль з Суматри, і найбільшого північного - лося з Камчатки або Аляски. Різниця просто фантастична: 25 сантиметрів у холці і 1200 грамів ваги у першого і майже 2,5 метра і 650 кілограмів у другого. Таке порівняння, може, не дуже коректно, зате наочно.

У чому ж секрет, чому в міру похолодання клімату звірі ростуть? Вся справа в терморегуляції. Чим холодніше, тим важливіше зберегти тепло тіла, звести до мінімуму тепловіддачу в навколишнє середовище. Адже на підтримку постійної температури тіла потрібна енергія, тобто, в кінцевому рахунку, їжа. Її потрібно добути, що означає - витрачати енергію. А навіщо її витрачати зайвий раз?

На перший погляд, чим більше поверхня тіла, тим більше тепла втрачає жива істота. Але розглядати тепловтрати самі по собі безглуздо - важливо їх ставлення до теплопродукції. Тварини не тільки втрачають тепло, але і виробляють його, і чим більший об'єм тіла, тим більше джоулів воно виділяє в атмосферу.

Крихітний олень канчіль і лось з Аляски

Зі збільшенням розмірів тіла зростання обсягу випереджає зростання площі поверхні: у тварини, яка стане в два рази ширше, вище і довше, площа тіла збільшиться в чотири рази, а обсяг - у вісім разів.

Таким чином, ставлення втрати тепла до його виробництва виявиться в два рази вигідніше для «підріс» звіра. Насправді, звичайно, все не настільки математично точно, однак тенденція саме така.

Зрозуміло, як і у будь-якого правила, що має відношення до живої природи - тобто до складним динамічним системам з безлічі компонентів, - з правила Бергмана бувають винятки. Причини їх можуть бути найрізноманітнішими.

Від жалюгідній кормової бази, просто не дозволяє тваринам «набрати вагу» і змушує їх дрібнішати, до розселення тварин за межі звичного ареалу. У таких ситуаціях картина може не бути «ідеальною» через те, що пройшло недостатньо часу.

Звірі, які переселилися на північ від або південніше, ще не встигли еволюціонувати, адже, як і більшість подібних процесів, у теплокровних зміна розмірів в зв'язку з кліматом йде досить швидко по палеонтологічними мірками, але повільніше, ніж можна помітити «неозброєним поглядом».

Однак найбільші тварини - слони, бегемоти, жирафи - живуть там, де дуже жарко. І це не суперечить правилу Бергмана. Таким гігантам доступні надзвичайно рясні ресурси їжі. І було б дивно ними не скористатися - якщо вже можна от'есться до великих розмірів, що саме по собі приємно, а заодно «вивести» себе з-під загрози хижаків, яким не впоратися з велетнями.

Ось тільки ці тварини постійно відчувають ризик перегріву, оскільки теплопродукція у них величезна - тому, вирішуючи проблеми тепловіддачі, їм доводиться йти на всілякі хитрощі. Наприклад, більшу частину часу сидіти в воді, як гіпопотами, або відрощувати величезні вуха, як слони.

ПОЛЮС БЛИЖЧЕ -УШІ МЕНШЕ

І навпаки, чим тепліше клімат, тим довше вуха, хвости і ноги. За прикладами знову ж далеко ходити не треба: фенек і песець. Пустельна лисиця знаменита своїми величезними вухами-вітрилами, у песця ж вушка маленькі, взимку ледь стирчать з густою вовни.

Песець і фенек (нижче)

Індійський і африканський слони живуть в теплому кліматі, а їх родич сибірський мамонт жив в країні морозів. У африканського слона величезні вуха, у індійського помітно менше, а у мамонта і зовсім були по слонячим мірками зовсім несолідні.

Закономірності в розмірі виступаючих частин тіла також пов'язані з теплообміном. Через хвости, вуха і ноги йде активна тепловіддача, тому на півночі або в високогір'ї їх розмір вигідно мінімізувати. Причому мова тут йде вже не тільки про марною втрати тепла, а й про те, щоб зберегти орган в цілості. Довгі хвости і великі вуха можуть попросту отмерзнуть так, що розвинеться некроз тканин - це часом відбувається з собаками, яких городяни привозять в тундру з місць з помірним кліматом. У подібних випадках вуха і хвости нещасним чотириногим доводиться ампутувати.

А там, де тепло, довгохвостим і вухатим - найкраще місце. Оскільки через ці органи йде активна тепловіддача, вони тут не тягар, а навпаки, спосіб охолодження організму, що діє на зразок радіатора комп'ютерного кулера. Візьмемо для прикладу слона. У його великі, багаті кровоносними судинами вуха надходить кров.

Тут вона охолоджується, віддавши тепло в навколишнє середовище, і повертається в тулуб. Те ж саме можна сказати про процеси в хоботі. Ми не знаємо, а тільки припускаємо, наскільки енерговитратним було володіння хоботом для мамонтів. Рятувало древніх тварин то, що хобот був з досить солідною жировим прошарком і, як і решта тіла мамонта, покритий густою шерстю.

Чи є ще якісь правила, що описують залежність зовнішності тварин від клімату? У 1833 році, тобто до того як Бергман постулював своє правило, німецький орнітолог Костянтин Вільгельм Глогер, який працював в Бреслау (нинішньому Вроцлаві). помітив: у споріднених видів птахів (а як показали подальші спостереження - у ссавців і деяких комах теж) пігментація різноманітніше і яскравіше в теплому і вологому кліматі, ніж в холодному і сухому.

Ті, кому пощастило потрапити в сховище Зоологічного музею МГУ, могли бачити там десятки висять одна за одною вовчих шкур. Рудувато-бурі довжиною не більше метра, палеві трохи довше, сірі - ще довше і, нарешті, величезні, в людський зріст, майже що білі з легкої домішкою сірих і чорних волосків. Руді південні і білі північні вовки - це приклад правила Глогера.

Інший приклад - рожевий шпак, мешканець теплих країн, і шпак звичайний, темний в світлу цяточку. Спочатку припускали, що такий розподіл пов'язано з необхідністю маскування: серед яскравої зелені з різнокольоровими пелюстками квітів легко не помітити райську птицю з її буйством фарб в оперенні, а ось біла куріпка буде як на долоні.

Рожевий шпак і звичайний (нижче)

А райдужної колібрі буде так само незатишно в тундрі - і велика ймовірність, що ще раніше, ніж вона замерзне, пташка виявиться в чиїхось зубах або пазурах. Версію з маскуванням і зараз не заперечують, проте з'ясувалося, що тут працює ще один фактор: в теплому і вологому середовищі синтез пігментів протікає активніше.

Є цікаве виключення з правила Глогера. Це так званий індустріальний меланизм, вперше виявлений в Англії, а потім в Північній Америці. Прикладом його можуть служити метелики, що живуть у містах з розвиненою промисловістю. Фабрики викидали дим і кіптява, стовбури беріз і лишайники темніли. Білі метелики на їх фоні ставали помітні, їх поїдали птиці.

Виживали ті комахи, хто через випадкової мутації опинявся меланісти (чорним). Поступово кількість чорних особин в популяціях стало досягати 90%, а адже колись 99% були білими.