Я познаю мир. Биология

Секреты воды

О существовании тяжелой воды ученые узнали сравнительно недавно. Около 100 лет назад американский ученый Юри обнаружил, что, кроме обычного водорода, существует еще значительно более тяжелый водород, атомы которого в два раза тяжелее нормальных. Это так поразило ученых, что новому водороду присвоили название дейтерия, словно это был не водород, а совсем другое вещество.

Как известно, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Когда в ее состав входят атомы тяжелого водорода, образуется тяжелая вода. Позже выяснилось, что существует еще более тяжелый водород, названный тритием, и два вида тяжелого кислорода. Из разных комбинаций атомов этих веществ и строятся молекулы воды. Поэтому любая вода представляет собой смесь 18 различных соединений, 17 из которых являются разновидностями тяжелой воды.

В нормальной воде примесь тяжелой ничтожно мала. Молекул с самым тяжелым кислородом встречается 1000 на миллион, а с дейтерием — 200 на миллион обычных молекул. Выделять тяжелую воду в чистом виде научились только перед Второй мировой войной.

Что же представляет собой тяжелая вода? Лучше всего изучена вода, содержащая дейтерий. По цвету, запаху, вкусу она ничем не отличается от обычной воды, но совершенно непригодна для живых, организмов. Вот как неожиданно воскресли народные сказки о живой и мертвой воде. Тяжелая вода в самом прямом смысле этого слова оказалась мертвой. Она неспособна поддерживать жизнь.

Семена растений, помещенные в тяжелую воду, не прорастают. Рыбы, одноклеточные животные и даже бактерии в тяжелой воде быстро погибали. Мыши и крысы, которых поили тяжелой водой, жили недолго. Если им давали разбавленную тяжелую воду, они оставались живы, но испытывали страшную жажду. Тяжелая вода всюду сеяла смерть. Возникла даже теория, объясняющая старение организмов накоплением тяжелой воды, но убедительных доказательств такого предположения пока никто не представил.

А не вредна ли для нас примесь тяжелой воды, которая всегда содержится в нормальной? Видимо, нет. В очень небольших количествах она, скорее всего, даже полезна, так как усиливает жизненно важные процессы, зато в больших — замедляет их. Тяжелая вода'тсама по себе не является ядом. Гибельным, видимо, оказывается сильное замедление жизненно важных процессов, наступающее при замене обычной воды на тяжелую.

Пьют ли рыбы?

Как вы думаете, пьют ли рыбы? Я уже вижу вашу улыбку. Ведь стоит рыбе открыть рот, и он полон воды. А вместе с пищей неизбежно, хочет того рыба или нет, известное количество воды попадает в желудок. Достаточно ли ее? Испытывают ли рыбы жажду? На эти вопросы ответит этот рассказ.

Современные рыбы освоили практически все природные водоемы Земли. Однако каждый вид рыб способен жить только в привычных для себя условиях. Переходить из пресной воды в соленую и обратно без существенного вреда для здоровья могут очень немногие. Виртуозами в этой области можно считать угрей. Детство они проводят в соленой воде, затем переходят в пресную, а в конце жизни, когда наступает пора размножения, снова выходят в море.

Однако если обычная пресноводная или морская рыба попытается сменить среду обитания, она очень быстро погибнет. Что же мешает рыбам свободно переходить из пресной воды в соленую и обратно? Кожные покровы, покровы полости рта, жабр и других частей тела, а так же оболочки отдельных клеток всех органов и тканей рыб проницаемы для воды. Она свободно сквозь них просачивается, а для солей и большинства других веществ эти оболочки непроницаемы.

Куда же будет просачиваться вода: из водоема в тело рыбы или из рыбы в водоем? Процессом диффузии управляет осмотическое давление растворов, которое создается растворенными в ней веществами. Чем их больше растворено в воде, тем выше осмотическое давление такого раствора и тем сильнее раствор всасывает в себя воду.

В пресной воде осмотическое давление практически равно нулю, а в крови и в тканевых жидкостях рыб много солей и белковых веществ. Они создают осмотическое давление, равное 6–10 атмосферам. С такой силой организм пресноводных рыб всасывает воду из водоема. Если бы у них не существовало приспособлений для быстрого выведения из организма излишков воды, они бы разбухли и просто лопнули. Таким образом, у пресноводных рыб никогда не возникает потребность пить воду. Им главное — избавиться от ее излишков.

Другое дело — морские рыбы. В морской воде солей гораздо больше, чем в тканях рыб. Осмотическое давление морской воды равно 32 атмосферам, тогда как в организме морских рыб оно достигает всего 10–15 атмосфер. Поэтому ненасытный океан с жадностью высасывает воду из их тел. Возникает на первый взгляд парадоксальное явление: морская вода «подсушивает» плавающих в ней рыб. Неудивительно, что они постоянно испытывают жажду.

Не всем морским рыбам приходится пить воду. Самые древние из них, акулы и скаты, иначе приспособились к жизни в соленой воде. Они научились сохранять в крови довольно вредное вещество — мочевину, от которой все другие животные спешат как можно быстрее избавиться. Для этого им пришлось одеть жабры в специальную оболочку, непроницаемую для мочевины. В результате осмотическое давление крови акул и скатов значительно выше, чем морской воды. Их тела, как и у пресноводных рыб, сосут воду из океана, поэтому акулы и скаты озабочены только тем, как от нее избавиться.

Этот же принцип позаимствовали у акул и лягушки — крабоеды. Из всех амфибий они одни приспособились к жизни в соленой воде. Правда, икру эти лягушки по — прежнему мечут в пресную воду, но когда лягушата подрастут, они переселяются к морскому побережью, где питаются крабами и мелкими рачками. Как и акулы, лягушки сохраняют в крови мочевину, но делают этот произвольно: прежде чем перейти в морскую воду, запасаются мочевиной, а когда уходят в пресную — освобождаются от ее избытка. Поэтому, где бы они ни жили, этим лягушкам, как и остальным их сородичам, нет необходимости пить воду.

Белки

Речь здесь пойдет не о белках — забавных зверьках с пушистым хвостиком, а о белках — особых веществах, без которых немыслима жизнь ни одного организма на Земле.

Название «белок» было впервые дано веществу птичьих яиц, свертывающемуся при нагревании в белую нерастворимую массу. Затем этот термин был распространен и на другие вещества с подобными свойствами, встречающиеся в разных тканях и жидкостях растений и животных. Позже датские ученые предложили называть белки «протеинами» (от греческого «протос» — первый, главный), подчеркивая важность этих веществ для жизни.

Известный философ XIX века Ф. Энгельс в свое время дал очень удачное определение понятию «жизнь»: «Жизнь — есть способ существования белковых тел…». И хотя сегодня определение Энгельса не вполне удовлетворяет ученых, роль белка он не переоценил. Белки являются важнейшей составной частью клеток любого живого организма, и им принадлежит решающая роль во всех процессах жизнедеятельности.

Белки — одни из самых сложных органических веществ, хотя состоят они из относительно небольшого числа химических элементов: углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Кроме того, иногда в состав белков входят фосфор и некоторые металлы. Молекула любого белка — это полимер, представляющий собой цепь из десятков и сотен более простых соединений — аминокислот. Ученым удалось не только расшифровать последовательность аминокислот в цепочках очень многих белков, но и синтезировать множество белков, как тех, что встречаются в живых организмах, так и тех, которых, по — видимому, никогда раньше не существовало — просто таких комбинаций аминокислот ни одни организм не использовал.

Сами аминокислоты соединяются между собой не как попало, а строго определенным образом. Если нарисовать молекулу белка, она будет похожа на нитку бус, в которой бусинками будут как раз аминокислоты. Белки живых организмов построены приблизительно из 20 видов аминокислот, хотя искусственно можно получить гораздо больше их разновидностей. Последовательность аминокислот в молекулах белков закодирована в ДНК. Каждый участок ДНК, кодирующий один белок, называется геном.

В клетках белки синтезируются на рибосомах, о которых вы уже читали (см. с. 66).

Для этого с «инструкции», зашифрованной в ДНК, снимается «копия» в виде молекулы информационной РНК (рибонуклеиновой кислоты). Обычно одна И — РНК копирует один ген. В точном соответствии с «инструкцией», переписанной на И — РНК, рибосомы подбирают аминокислоты и соединяют их в цепочку. В результате получается молекула белка.

На самом деле, процесс синтеза белка еще не закончен: цепочка должна еще принять свою окончательную, рабочую форму: клубочка или палочки или еще какую — то. Для этого отдельные участки цепочки сначала сворачиваются в спираль или подобие гармошки, а эти спирали и гармошки укладываются в виде эллипсоидного микроскопического комочка или палочки.

Так выглядят белковые молекулы, состоящие из одной аминокислотной цепи. Но бывает и так, что белковая молекула состоит из нескольких цепей. В этом случае комочки и палочки собираются по нескольку штук, образуя еще более сложные молекулы.

Белки служат главным строительным материалом организма. Они участвуют в формировании клеточных оболочек, цитоплазмы, клеточных ядер и органелл. Многие белки являются ферментами — ускорителями химических реакций, обеспечивающими протекание обмена веществ, и гормонами — регуляторами функций организма. Многие яды биологического происхождения, и иммуноглобулины, защищающие организм от ядов и микроорганизмов, имеют белковую природу. Белки входят в состав опорных тканей (костей и сухожилий) и мышц. Благодаря сократительным белкам — актину и миозину — мышцы способны сокращаться (см. с. 288). Ну и, наконец, белки могут использоваться как источники энергии, хотя эта их функция не уникальна — расщепляться с выделением энергии могут и углеводы, и жиры. А вот, скажем, «работать» ферментами углеводы и жиры не умеют.

Под прессом

Про обитателей глубин океана можно сказать, что они находятся под прессом чудовищной силы. Но, несмотря на огромное давление в их клетках, жизнь в океанской бездне оказалась возможной. Это значит, в частности, что у тамошних обитателей идут химические реакции, ускоряемые ферментами.

До недавнего времени ученые не могли дать вразумительный ответ на вопрос, как под действием высокого давления изменяется ход биохимических процессов и чем отличаются биохимические процессы глубоководных организмов от обитателей мелководий.

Было известно лишь общее правило: если под воздействием изменившегося давления объем увеличивается, скорость реакций уменьшается. И наоборот, если при сохранении массы объем уменьшается, скорость химических реакций возрастает. Ну а если изменение давления не отражается на объеме, скорость биохимических реакций остается прежней.

Кажется, что на основе этой закономерности можно заранее предсказать скорость протекания биохимических реакций на любой глубине. Однако всё значительно сложнее. Дело в том, что во внутриклеточных жидкостях большинство молекул органических веществ не просто перемешаны с молекулами воды, а заключены в водный «футляр». При этом они как бы становятся центрами льдообразования. Молекулы воды укладываются на их поверхности в несколько слоев в строго определенном порядке. Эта оболочка не препятствует химическим реакциям, но при их протекании разрушается, а вокруг молекул новых веществ создаются новые футляры, по форме и размеру точно им соответствующие.

При построении футляров молекулы воды очень точно подгоняются друг к другу и укладываются самым рациональным образом, а поэтому занимают несколько меньший объем, чем то же количество молекул, когда они «свалены в кучу». Поэтому создание большого числа футляров или их разрушение приводит к изменению объема внутриклеточных жидкостей и в конечном итоге к изменению объема клеток. Кроме того, в процессе обычного обмена образуются новые вещества, а они могут иметь несколько больший или, наоборот, несколько меньший объем, чем исходные продукты. Это еще одна причина для изменения объема клетки.

Объем внутриклеточных жидкостей особенно тесно связан с белками. Обычно аминокислотные цепи белковых молекул, закрученные в тугой жгут или образующие компактную «гармошку», упакованы так плотно, что «выжимают» из себя молекулы воды. В процессе происходящих с молекулами белков преобразований аминокислотные цепи становятся доступными для образования вокруг них водной оболочки. При этом меняется плотность упаковки белковых молекул, а следовательно и их объем, и значительно увеличивается количество молекул воды, участвующих в создании футляра.

Сходные процессы происходят при формировании длинных молекул: места контактов стыкующихся молекул теряют водную оболочку, а освободившиеся молекулы воды поступают в общий клеточный фонд. Таким образом, постоянно, каждую минуту, каждую секунду объем всех без исключения клеток живых существ меняется.

Незначительные изменения скорости химических процессов, которые при этом происходят, не были бы для организма чреваты неприятными последствиями, если бы одинаково сказывались на всех биохимических процессах и не вызывали бы дисбаланса. Однако может случиться (и действительно беспрерывно случается), что создание сложных веществ происходит нормально, а синтез необходимых для этого блоков существенно отстает или блоков заготавливается гораздо больше, чем нужно. В результате внутриклеточное пространство может оказаться «замусоренным» различными ненужными веществами.

Чтобы понять, что потребовалось морским организмам, чтобы они могли жить на больших глубинах, нужно познакомиться с тем, как изменились их белковые молекулы. Ведь белки — основа живых организмов.

Об этом известно немного. Очевидно лишь, что все изменения в молекулах белков служат одной цели: по возможности свести на нет опасность изменения внутриклеточного объема в процессе протекания биохимических реакций, в которых они участвуют.

Давно замечено, что при повышении давления страдает синтез белков, нарушается их сборка из отдельных «строительных» блоков. Это в первую очередь касается ферментов — ускорителей химических реакций. Для мелководных животных это главное препятствие, не позволяющее им приспособиться к жизни в более глубоководных районах. При высоком давлении естественный распад ферментов значительно преобладает над процессами сборки, в итоге осуществлять ферментативные реакции становится просто некому.

Когда побывавших под «прессом» мелководных рыб возвращают в условия привычного для них давления, ферменты восстанавливают свою активность. Видимо, они монтируются скоростными методами из обломков разрушенных молекул.

Почему же ферменты глубоководных рыб не «крошатся» под прессом высокого давления? Оказывается, глубоководные рыбы пользуются простыми монолитными белками, которые не распадаются на блоки. Прочные белки, способные выносить значительное давление, существуют даже у жителей мелководий. Например, белок мышечных волокон — актин. Без него сокращение мышц, а значит, и активное передвижение в пространстве было бы невозможным. Животные вынуждены пользоваться высокопрочными сократительными белками. Иначе даже кратковременный визит в бездну мог бы обернуться катастрофой.

Высокое давление способно воздействовать и на жироподобные вещества — липиды, входящие в состав всех клеток организма и выполняющие важную роль в их мембранах. Для того чтобы липидная оболочка успешно выполняла свои функции, она должна находиться в жидкокристаллическом состоянии. Однако при понижении температуры или при повышении давления липиды твердеют. А так как на больших глубинах живые организмы встречаются сразу с обоими этими факторами, их совместное действие усиливается. Чтобы предохранить липиды от затвердевания, у глубоководных рыб и ракообразных для построения клеточных оболочек используются особые липиды, которые «плавятся» уже при температуре +2 °C и не твердеют даже при давлении в 150–200 атмосфер.

Вот почему, прежде чем переселиться в океанскую бездну, животные должны были произвести полную биохимическую реконструкцию своего организма. Судя по тому, что среди подданных Посейдона нашлось немало подобных животных, ничего необычного в этом нет: к чему только ни приходилось приспосабливаться обитателям нашей планеты!

Оправданный консерватизм

Для благополучной жизни необходимо иметь запасы. Организм животных и человека в первую очередь запасает энергоносители — вещества, при распаде отдающие химическую энергию, которая может использоваться для синтеза различных веществ, преобразовываться в механическую, обеспечивая работу мышц, или в тепловую, не давая организму замерзнуть.

Обычно для удобства долгосрочного хранения углеводы и белки пищи перерабатываются в жир. Кроме жира, клетки организма запасают на текущие расходы сравнительно небольшие количества полисахарида гликогена. Только в мышечных клетках и в печени его запасы бывают чуть — чуть более значительными.

Необходимость иметь гликоген связана с тем, что жир не годится для экстренного использования. На его извлечение из жировых депо уходит много времени, кроме того, жир сложно транспортировать к месту назначения. Поэтому жир откладывается для длительного хранения, а в качестве краткосрочного энергоносителя используется гликоген. Он тоже не может переноситься кровью и не способен проходить сквозь клеточные оболочки — слишком крупны его молекулы, но зато гликоген быстро разлагается до глюкозы, а этот простейший сахар, всегда присутствующий в крови, легко проникает в любые клетки. Когда работа каких — нибудь органов усиливается и на нее тратится больше глюкозы, в печени начинается разрушение гликогена и в кровь поступают новые порции горючего.

Зачем тогда вообще запасать жир, почему бы не хранить все запасы в виде гликогена? А дело в том, что жир экономичнее: из одного грамма жира высвобождается в два раза больше энергии, чем из того же количества гликогена. Так что запасы жира компактнее, а главное легче, чем гликоген.

Вторая причина, по которой создавать большие запасы резервного гликогена нецелесообразно, — специфические особенности его хранения. Для того чтобы он мог оставаться в организме, необходимы значительные количества воды. В результате запас одного и того же количества энергии в виде гликогена будет весить в 10 раз больше запасов в виде жира. Такое могут позволить себе лишь моллюски, ползающие по дну или ведущие прикрепленный образ жизни, и некоторые другие животные, обитающие на дне океанов. Моллюскам, ведущим неподвижный образ жизни, значительное увеличение веса не приносит никаких неудобств, а воды, необходимой для удержания гликогена, вокруг сколько угодно. Поэтому моллюски способны очень быстро набирать вес.

Делать запасы гликогена выгодно всем донным животным. Жир легче воды, и, скапливаясь в организме в больших количествах, он резко увеличивает его плавучесть, и тело неудержимо тянет вверх, к поверхности. Жирным существам постоянно грозит перспектива оторваться от грунта и оказаться на поверхности воды. Борьба с этим бедствием потребовала бы от животных серьезных усилий или искусственного увеличения веса. При запасании гликогена подобных проблем не возникает.

Кроме того, гликоген помогает животным переносить кислородное голодание. Моллюски и раковинные ракообразные при малейшей опасности сжимают створки своего дома и дышат в это время за счет мизерного запаса кислорода, оставшегося в раковине. Эти животные, ведущие прикрепленный образ жизни, нередко поселяются у поверхности воды. Во время отлива, а он может продолжаться более 10 часов, им приходится сидеть с накрепко закрытыми дверями.

Вот тут — то их и выручает гликоген. Он способен расщепляться без помощи кислорода, высвобождая при этом часть заключенной в нем химической энергии, и дает возможность некоторое время задерживать дыхание. Вот почему у морских животных, вынужденных много времени проводить под водой, его оперативные запасы значительны.

Двустворчатые моллюски, запасающие химическую энергию главным образом в виде гликогена, во время длительных пауз в поступлении кислорода, существуют за счет анаэробного (бескислородного) способа высвобождения энергии и к концу отлива серьезно худеют: ведь гликоген распадается и воду, которая была нужна для его хранения, приходится выводить. Однако во время прилива моллюски возобновляют энергетические запасы, а заодно накапливают воду и быстро полнеют, восстанавливая свой первоначальный вес.

Рыбы — любители засухи

Земля — планета воды, и многие обитатели Земли живут в воде. Есть на Земле и пустыни, где годами не выпадает ни капли дождя и нет никаких источников воды. Там, конечно, могут жить лишь засухоустойчивые организмы. Но вот парадокс: самые засухоустойчивые организмы обитают в болотах, озерах и реках. Дело в том, что каждое болото и озеро хоть раз в сто лет может пересохнуть.

В некоторых водоемах засуха ежегодно уничтожает всех взрослых рыб, а они продолжают жить в них. Таковы, например, афиосемионы и другие рыбы, обитающие в Африке в пересыхающих болотах, озерцах или даже в… дуплах деревьев. Небольшие рыбки, например, гюнтеров нотобранх свою икру откладывает в торф, а золотистый афиосемион — в песок.

Так же поступают рыбы — собаки цинолебии и парус — рыба птеролебия. Отец и мать вместе роют ямку в мягком грунте дна водоема. Встав плечом к плечу, рыбки энергично тыкаются мордочками в грунт. Родители чрезвычайно предусмотрительны и в каждую ямку откладывают только одну икринку. Если она погибнет, это никак не отразится на остальной икре. Находясь в «карантинном изоляторе», икринки не могут заразиться гнилостными бактериями друг от друга.

За сезон родителям приходится соорудить до 200 детских комнаток — колыбелек. Вокруг липкой икринки, после того как она окажется в грунте, из ила и песка образуется твердая оболочка, придающая колыбелькам повышенную прочность. Когда водоем высохнет, по ямкам может пройти человек, а возможно, и слон, но икринки не будут раздавлены.

Для развития этим икринкам необходимо охлаждение и высушивание. Рыбья икра должна оказаться выше грунтовых вод и находиться в таком состоянии от полутора месяцев до полугода. Икре этих однолетних рыб не страшно и более длительное обезвоживание. В таком виде она может выдержать пересылку обычной почтой и не теряет при этом своей «всхожести».

Икра однолетних рыб в своем развитии проходит три стадии. Только что отложенная икринка вступает в покоящуюся стадию. Толчок к следующей стадии развития дает подсушивание и охлаждение. В это время в икринке развивается личинка, после чего икринка опять переходит в покоящуюся стадию. Из нее она может быть выведена лишь при поступлении в водоем воды. Тогда развитие икринок за 15–20 минут или за 1–2 часа, у разных рыб свой график, заканчивается, и все личинки разом покидают яйцевые оболочки. Водоем вновь оживает, до следующей засухи.

Воскрешение из мертвых

В Восточной Африке обитают маленькие комарики полипедиумы, относящиеся к семейству звонцов. Для своих детей они подыскивают самые крохотные, совсем мелкие водоемчики. Детской комнатой для их личинок становится не само болото, а лишь маленькие ямки по их окраинам или даже углубления в скалах, где во время дождя скапливается вода. Это обеспечивает личинкам комаров безопасность, так как в микроводоемчиках наверняка нет никаких хищников, зато там всегда подстерегает засуха, возможность в любую минуту оказаться на дне пересохшей ванночки.

К счастью, с этой напастью личинки комариков отлично справляются. При наступлении засухи они даже не стараются зарыться поглубже в ил или забраться в гущу отмирающих растений, если такая возможность им предоставляется. Засуха не грозит малышам серьезной опасностью. Они просто высыхают, а количество влаги в их теле сокращается до 3 %. Для сравнения напомним, что количество воды в организме человека не должно быть ниже 70 %, а в организме личинок комаров других видов воды должно быть еще больше.

Несмотря на глубокое обезвоживание, а также на то, что субстрат, в котором находится личинка комара, под воздействием горячего африканского солнца нагревается до 70°, они в течение 3–4 лет не теряют жизнеспособности. Даже после 7–10 лет подобного существования некоторые личинки сохраняют способность вернуться к нормальной жизни. Переход в активное состояние происходит стремительно. Достаточно в течение всего 11 минут, в крайнем случае двух часов, подержать личинку в воде — и она снова способна двигаться. Она прекрасно себя чувствует и, не теряя времени, может тотчас же продолжить свое развитие.

Если после кратковременного периода активности на личинку обрушится новая засуха, она опять будет выключена из жизни до следующих дождей. В течение своего короткого детства личинки полипедиумов могут 3–4 раза подвергнуться глубокому обезвоживанию, но всякий раз будут возвращаться к жизни и всё равно закончат свое развитие, превратятся в комаров.

Пауза между двумя периодами жизни продолжительностью 3–4 и даже 10 лет далека от рекорда. Личинки одного из видов жуков златок в сухой древесине, например в мебели, развиваются так медленно, что жуки из них получаются только через полвека!

Как им это удается?

Воскрешение из мертвых высохших животных кажется фантастическим явлением. Невольно хочется выяснить, как им это удается. К сожалению, пока неизвестно, какие химические реакции протекают в теле личинок комаров и других организмов, превратившихся в сухарики, и происходят ли они вообще. То, что их тела при самом длительном высушивании все — таки сохраняют крохи воды, наталкивает на мысль, что процессы жизнедеятельности в них полностью не прекращаются, а лишь замедляются настолько, что недельный запас энергетических ресурсов им удается растянуть на два десятка лет. Однако ряд ученых утверждает, что у личинок комаров рода полипедиум происходит полная остановка всех жизненных процессов.

Высыхание таких организмов происходит не только при нехватке воды. Среди круглых червей, живущих на бедных пищей верховых болотах, немало копрофагов, то есть существ, питающихся экскрементами других животных. Когда личинки этих червей съедают все запасы судьбой отпущенного им навоза, то не гибнут от голода, а просто худеют, становятся тонкими, медлительными и, если и теперь им не повезет, начинают энергично терять воду, высыхая до состояния ломкости.

В таком виде они могут находиться неопределенно долго, пока пища в буквальном смысле слова не свалится им на голову. Тогда личинки энергично впитывают воду и скоро восстанавливают подвижность.

Интенсивное возвращение к жизни стимулируется не водой, а именно каким — то веществом, входящим в состав экскрементов. Личинки растительноядных нематод, для которых природой предопределен обязательный длительный период пребывания в высушенном состоянии, возвращаются к жизни при наличии простой воды, однако этот процесс во много раз ускоряется, если съедобные растения находятся рядом и выделяют какие — то стимулирующие вещества. Процесс длительного обезвоживания не отражается на «умственных способностях» законсервировавшихся существ. У них не пропадают присущие им весьма сложные инстинкты и даже выработанные до высыхания условные рефлексы. Когда личинки червей — копрофагов возвращаются к жизни после длительного периода небытия, запасы пищи могут быть давно исчерпаны, а пуститься на поиски съедобных веществ крохотули не могут. Что же делать? Личинки терпеливо ждут, когда на них набредет жук — навозник, и не мешкая заползают ему под крылья, зная, что жук в конце концов привезет их к подходящей куче навоза.

Процесс высыхания длителен. Потеряв необходимое количество воды, нематоды принимают меры к прекращению дальнейших потерь. Для этого червь сворачивается в тугую спираль, чем резко сокращает общую площадь своей поверхности, соприкасающейся с внешней средой. Образование спирали — дело долгое, на него уходит около 36 часов. Одновременно с этим происходит усиленный синтез глицерина, отличного консервирующего вещества, и дисахарида трегалозы, молекулы которой строятся из двух остатков глюкозы. Это энергетический запас, который в отличие от медленно активирующегося жира в любой момент может быть использован для нужд организма.

У червей, находящихся в активном состоянии, трегалоза отсутствует, зато много жира, а в процессе подготовки к высыханию количество жира резко уменьшается. Видимо, он расходуется на производство трегалозы. На полное приготовление к высыханию затрачивается примерно трое суток. Затем достигнутое стабильное положение сохраняется годами и десятилетиями, и за это время не происходит изменений в содержании белков, жировых веществ и углеводов.

Коловратки, относящиеся к самым маленьким из многоклеточных организмов, и тихоходки, тоже отнюдь не гиганты, претерпевают в процессе высыхания сходные изменения.

Несмотря на то, что тело коловраток может быть построено всего из 959 или даже 900 клеток (это не приблизительные цифры, а результаты точных подсчетов!), коловратки — достаточно развитые существа. У них есть мышцы, пищеварительная и нервная системы, головной нервный ганглий («мозг»), глаза, тело и щупальца.

Пиявковидные коловратки способны обезвоживаться. Подготовка к консервации начинается с опорожнения кишечника. Затем для коловратки наступает время терять воду, а ее в организме около 80–95 %. Одновременно животное втягивает с одной стороны шею и голову, а с другой — ногу. Когда в организме останется 5 % воды, дальнейшее высушивание прекращается. Остатки влаги — это очень вязкая жидкость. Она теряет способность растворять многие вещества и не превращается в лед даже при температуре жидкого азота: –196 °C. В таком состоянии коловратки могут находиться в течение нескольких десятилетий и вместе с пылью переноситься ветром на тысячи километров, расселяясь в новые местообитания.

Тихоходки — крохотные животные размером до одного миллиметра. У них 8 бугорковых ног, снабженных коготками. Если тихоходка высушивается при высоких температуре и влажности воздуха, то этот процесс затягивается на десять дней, зато результат получается отличным.

Сухие тихоходки, содержащие в своем теле не больше 2–3 % воды, могут без вреда для себя переносить в этом состоянии понижение температуры до абсолютного нуля (–273 °C), выдерживать колоссальный уровень радиации и десятилетиями сохранять жизнеспособность.

В гербариях, хранящих образцы мхов, удалось обнаружить и вернуть к жизни тихоходок, которые были отправлены на покой 120 лет назад!

Секрет гениальности

Позволю себе вспомнить не очень благозвучную поговорку. Когда человек сильно возбужден, когда его охватывает ярость, про него говорят, что ему «моча ударила в голову». Не знаю, как родилась эта поговорка, но народная мудрость в данном случае оказалась на высоте.

В 1927 году англичанин Г. Эллис изучил биографии 1300 своих выдающихся соотечественников. Он обратил внимание на интересную подробность. Среди незаурядных личностей оказалось как — то очень много больных подагрой. Причем не только в Англии, но и в других странах среди подагриков известно много выдающихся личностей.

Гениальность подагриков проявляется даже в такой сфере деятельности, где у с трудом передвигающихся больных, казалось бы, не следовало ожидать особых успехов. На службе у весьма воинственного шведского короля Густава — Адольфа (воевавшего в том числе и с Россией) отличился фельдмаршал JI. Торстенсон, тяжело болевший подагрой. Его полководческий гений был столь велик, что 100 лет спустя другой шведский король, Густав III, удостоился премии Шведской академии наук 1786 года лишь за одну речь, посвященную памяти Торстенсона. Выдающимся полководцем XVI века был Александр Фарнезе, герцог Пармы и Пьяченцы, также страдавший подагрой.

Подагрики, как правило, необычно работоспособные, целеустремленные люди, умеющие упорно добиваться поставленной цели. Их гениальность — плод напряженного труда, а в конечном счете — плод их работоспособности.

Подагра издавна считалась болезнью привилегированных: ею болели римские патриции. Особое распространение она получила у англосаксов; славяне болеют ею значительно реже. Предрасположение к подагре передается _из поколения в поколение: многие старинные английские роды отмечены ее печатью.

Возникновение подагры связывают с обжорством, чрезмерным употреблением мясных продуктов и алкоголя. Особенно вредно употребление старых десертных вин и дорогих сортов шампанского. Индусы — вегетарианцы, к тому же весьма строго соблюдающие «сухой закон», — подагрой совершенно не болеют. Подагра — привилегия мужчин: среди 100 больных бывает лишь одна женщина.

Основная причина болей, мучающих больных подагрой, — отложение в тканях тела, в том числе в суставах, острых кристалликов солей мочевой кислоты. В результате при движении возникают страшные боли, а суставы воспаляются. В тяжелых случаях больные вообще теряют подвижность. Недаром в переводе с греческого слово «подагра» означает «капкан для ног».

Какова связь между подагрой и гениальностью? Основная причина развития болезни — значительное повышение в крови больных концентрации мочевой кислоты. Она — то и есть вещество гениальности.

Мочевая кислота — производное пурина, имеющего огромное значение для человека. Он входит в состав нуклеиновых кислот, отвечающих, как вы уже знаете, за наследственность, и аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) — переносчика энергии. К пуринам же относятся возбудители мозга и сердца: кофеин, теобромин, теофиллин, содержащиеся в кофе, чае и какао. Строение их молекул очень похоже на молекулы мочевой кислоты.

Недаром для нужд медицины кофеин извлекают из пыли чайного листа или синтезируют из мочевой кислоты, полученной из куриного помета. Увеличение в организме количества мочевой кислоты обеспечивает постоянное стимулирование мозга, постоянное повышение его работоспособности.

Возможно, что мочевая кислота сыграла решающую роль в становлении человека. Вещество это токсично (ядовито), поэтому у всех млекопитающих существует специальный фермент уриказа, расщепляющий мочевую кислоту. Только обезьяны и, соответственно, люди лишены уриказы. Поэтому у нас в крови мочевой кислоты в десятки раз больше, чем у других млекопитающих. Она помогает клеткам мозга работать более активно, чем у других животных. Очевидно, уриказу случайно утратили наши отдаленные предки — какие — то древние приматы. Их мозг, постоянно стимулируемый избытком мочевой кислоты, стал работать значительно интенсивнее и получил возможность усиленно развиваться, хотя, с другой стороны, возникла повышенная опасность заболевания подагрой и мочекаменной болезнью. Вот ведь никогда не знаешь, где выиграешь, а где проиграешь!

Надо сказать, что у человека мочевая кислота всё же не основной продукт азотистого обмена. Большая часть ненужного организму азота у нас выводится в виде мочевины, не откладывающейся в суставах и почках. А вот у рептилий, очень близких к ним птиц и насекомых мочевины не образуется: они выделяют азот в виде мочевой кислоты. По сравнению с высшими млекопитающими эти животные особой гениальностью не отличаются (хотя как сказать: птицы по своим интеллектуальным способностям почти не отстают от зверей, хотя мозг у них устроен более примитивно), им мочевая кислота позволяет экономить воду. Мочевину приходится выводить из организма в виде раствора — мочи, а мочевая кислота выводится в виде кашицы кристаллов, поэтому потери воды у таких животных сведены к минимуму. Недаром в пустынях доминируют рептилии и птицы (да и насекомых там немало), а не более высокоорганизованные млекопитающие.

Нужны помощники

Однажды я решил посетить колонию ласточек — береговушек, расположенную в черте Санкт — Петербурга в обрывистых берегах Финского залива. Путь мой лежал через запущенный парк. Здесь я столкнулся с необычным явлением. Впереди, довольно далеко от меня, прямо на дорожке лежала ворона. Ее голову скрывали ветви барбариса, а крылья были слегка распластаны по дорожной пыли.

Сначала мне показалось, что птица мертвая, но, подняв бинокль к глазам, я увидел, что она слегка шевелится. Создавалось впечатление, что птицу поймал какой — то хищник и, спрятавшись под кустом, ест ее прямо с головы. Только подойдя поближе, я увидел, что все тело птицы было усеяно мелкими земляными муравьями. Оказывается, ворона занималась дезинсекцией — уничтожением насекомых и клещей, поселившихся в ее перьях. Я видел, как подобной процедурой занимаются птицы на куполе лесных муравейников, но о том, что они прибегают к помощи земляных муравьев, узнал впервые.

Борьба с насекомыми заботит и людей. Дождливым летом изнеженные горожане прибегают к мазям и лосьонам, отпугивающим комаров. Южноамериканские обезьяны капуцины, вероятно, научились это делать еще до появления на Земле человека. Они используют для этой цели крупную сороконожку, живущую в термитниках. Чтобы термиты ее не закусали, сороконожка вырабатывает в своем теле какие — то пахучие вещества, отпугивающие насекомых. Капуцины проламывают стенку термитника, ловят сороконожку и, раздавив, натирают ею свой мех.

Кусочки пищи застревают между зубов не только у людей. От этого страдают многие животные, в том числе рыбы. Бороться с этим неприятным явлением им помогают креветки и рыбы — чистильщики. Живут чистильщики во всех тропических морях. К ним на приемные пункты приплывают больные рыбы. Пациенты расправляют плавники, чтобы их было удобнее обследовать, раскрывают рот и, подняв жаберные крышки, замирают, а «санитары» безбоязненно устремляются к ним в пасть или склевывают паразитов со всего тела.

Нуждаются в помощи и крокодилы. Еще сравнительно недавно на берегах Нила можно было повсеместно наблюдать, как нильские крокодилы лежат с раскрытыми пастями, а вокруг них суетятся кулики, называемые крокодиловыми сторожами. Птицы бесстрашно заглядывают крокодилам в пасть, выковыривая кусочки застрявшего в зубах мяса и паразитов.

Шимпанзе справляются с чисткой зубов своими силами. Почувствовав, что в зубах что — то застряло, они находят палочку и по очереди ковыряются в зубах друг у друга. В собственных зубах обезьяна покопаться не может, координация ее движений не настолько совершенна. Картину — взаимной чистки зубов случается наблюдать в зоопарках довольно часто, ну а как обезьяны чистят друг другу шерстку, выбирая паразитов и мусор, можно наблюдать ежедневно.

Кровавая помощь

Некоторые животные не могут долго голодать. К таким существам относятся южноамериканские летучие мыши — вампиры, питающиеся кровью теплокровных животных. Кровопийца может унести в своем желудке лишь 30 граммов крови. Этой порции ему хватает в лучшем случае на 36 часов. Если на следующую ночь он не сумеет пообедать, то, скорее всего, проживет еще сутки, но к следующей ночи слишком ослабеет, чтобы вылететь на по¹ иски жертвы.

Поскольку отнюдь не каждой ночью вампирам улыбается удача, они давно бы вымерли, если бы не развитая у них взаимопомощь. Если кровопийца не нашел прокормителя и голодает, он начинает в буквальном смысле слова подлизываться к плотно пообедавшему товарищу. Как принято у летучих мышей, подлиза начинает вылизывать потенциального благодетеля с подмышек, но очень скоро переходит к вылизыванию губ — на языке вампиров это недвусмысленная просьба поделиться едой. Если объект вылизывания испытывает к попрошайке дружеские чувства (то есть, если они — близкие родственники) и сам хорошо поел этой ночью, он отрыгнет просителю 3 грамма крови. Это сытная порция, ведь отрыгивается уже не свежая кровь, а концентрированная. Выпитая вампиром кровь сразу подвергается обогащению: из нее меньше чем за час удаляется половина воды, которая в виде мочи тут же покидает организм. Лишнюю тяжесть возить по воздуху нерентабельно!

Для вампира, великодушно поделившегося с неудачником обедом, 3 грамма крови — небольшая потеря, а голодной мыши подкормка продлевает жизнь на 12 часов и позволяет дождаться следующей ночи, найти подходящий объект и напиться досыта кровью очередной жертвы.

Дыхание без кислорода

Наша планета богата кислородом, но и на ней найдется немало мест, где кислорода очень мало или нет вовсе. Чаще всего в этом повинны сами живые существа. Особенно много потребляют кислорода бактерии. Один миллиграмм бактерий способен за час «сжечь» 200 мм³ кислорода. Работающая мышца такого же веса за это время использует только 20, а во время покоя и того меньше — 2,5 мм³ кислорода. Из — за активной деятельности бактерий и более крупных микроорганизмов многие закоулки Земли становятся мало пригодными для жизни, и животным приходится всячески изощряться, чтобы освоить и эти экологические ниши.

Недостаток кислорода случается в загнивающих водоемах. Мало остается кислорода к весне в воде прудов, покрытых льдом. Ничтожно мало кислорода в желудке и кишечнике позвоночных. Но и здесь живут существа, которым показалось тесно под солнцем. Среди них можно назвать личинок желудочного овода, живущих в пищеварительном тракте лошадей, и очень распространенных обитателей кишечника — аскарид и других глистов. Между тем такие животные, их называют анаэробами, живя в бескислородной среде или пользуясь ничтожными количествами кислорода, прекрасно себя чувствуют.

Как же анаэробам удается обходиться без кислорода? Когда — то этот вопрос считался неразрешимой загадкой. Теперь мы знаем, что без кислорода дело не обходится. Просто анаэробы получают его не из атмосферы, а из органических веществ, а некоторые бактерии умеют извлекать кислород даже из неорганических соединений, используя для этого нитраты и сульфаты или даже… углекислый газ.

Сущность дыхательных процессов анаэробов состоит в том, что они умеют окислять продукты обмена, не прибегая к помощи дополнительного кислорода, вполне довольствуясь тем количеством, которое уже содержится в окисляемом веществе. Ведь, чтобы вещество окислилось, безразлично, прибавлять ли к нему кислород или отнимать водород.

Для тех читателей, кто еще не овладел химией, объясню это на простом примере. Представьте себе, что вы варите суп и пробуете его, чтобы узнать, хорошо ли он посолен. Если вам показалось, что суп недосолен, ясно, что в него нужно подсыпать соли. А что делать, если соли под рукой нет? Самый простой способ — покипятить его подольше. Часть воды выкипит, и супа станет меньше, но вся соль, которую вы уже положили в суп, там и останется, и соленость супа возрастет. Аналогично протекает и бескислородное окисление: у молекулы органического вещества отнимается водород, при этом вещества становится меньше, а количество кислорода не уменьшается.

Процесс бескислородного окисления, позволяющий организму получать энергию, называют брожением. Наиболее известный вид брожения, которое встречается у одноклеточных, — спиртовое. Оно состоит в расщеплении молекулы глюкозы с образованием двух молекул этилового спирта и двух молекул углекислого газа.

У многоклеточных животных наиболее широкое распространение имеет молочнокислое брожение: расщепление молекулы сахара на две молекулы молочной кислоты, в которых содержится меньше энергии, чем в исходном веществе. Благодаря молочнокислому брожению караси могут довольно долго жить в воде, лишенной кислорода.

Зачем же понадобился процесс окисления, если его вполне может заменить брожение? Причин для этого немало, и они достаточно существенны. Брожение никогда не приводит к полному окислению веществ, и поэтому энергии выделяется мало.

Если мы полностью окислим одну грамм — молекулу глюкозы до углекислого газа и воды, то получим 673 килокалории. При брожении, в результате которого образуется этиловый спирт и углекислый газ, из того же количества выделится всего 25 килокалорий, то есть почти в 27 раз меньше. Следовательно, чтобы получить одинаковое количество энергии, анаэробам понадобилось бы в 27 раз больше глюкозы, чем ее расходуют животные, использующие кислород. Заметная разница, и природа не могла согласиться на такое расточительство.

Другая важная причина того, что брожение не получило широкого распространения, состоит в том, что в результате брожения образуются различные вредные для организма вещества: этиловый и бутиловый спирты, молочная и масляная кислоты, ацетон и многие другие. Освобождаться от них не так — то легко.

Когда кислород в избытке

Как же сумели животные приспособиться к отсутствию кислорода? Оказывается, это было нетрудно. Когда на Земле возникла жизнь, свободного кислорода еще вообще не было, так что первые существа могли быть только анаэробами. Только когда какие — то бактерии (возможно, синезелёные) «изобрели» фотосинтез, кислород начал накапливаться в атмосфере, и когда его стало довольно много, животные научились полностью «сжигать» энергосодержащие продукты. При этом анаэробный тип дыхания не исчез, просто его роль сильно сократилась. Однако по — прежнему первые фазы биологического окисления абсолютно у всех животных протекают без участия кислорода. Когда аэробным (то есть использующим атмосферный кислород) животным заблагорассудилось вновь переселиться в места, где кислорода взять неоткуда, им не нужно было «изобретать» брожение заново: достаточно было просто ограничиться частичным использованием энергии и вспомнить старые способы обезвреживания недоокисленных продуктов.

Поскольку жизнь на нашей планете возникла в бескислородную эпоху, немудрено, что живые организмы приспособились к его недостатку. Гораздо удивительнее, хотя мы этого обычно не замечаем, что животные, обитающие в условиях избытка кислорода, сумели сдерживать интенсивность окислительных процессов в организме, тушить всегда готовый вспыхнуть пожар. Количество кислорода в окружающей среде постоянно, а если и меняется, то только в сторону уменьшения. Поэтому у животных есть разнообразные приспособления для борьбы с недостатком кислорода, но нет ничего, что могло бы их защитить от его избытка.

Впервые с возможностью кислородного отравления при использовании для дыхания чистого кислорода около ста лет назад столкнулся химик Бер. Это было для ученых так неожиданно, что ему не поверили. Возникло подозрение, что в использованном Бером кислороде содержались какие — то ядовитые примеси. Опыты были многократно повторены, но, как бы тщательно ни очищался кислород, животные, которые им дышали, неизбежно гибли.

Кислородными отравлениями заинтересовались неслучайно. Разобраться в этом вопросе было необходимо для налаживания водолазной службы. Ученым представлялось, что на больших глубинах водолазам безопаснее всего дышать чистым кислородом, так как это могло предохранить их от возникновения кессонной болезни.

Однако оказалось, что человек может находиться в атмосфере чистого кислорода лишь около суток. При более длительном использовании кислорода возникает пневмония и смерть, как ни странно, от асфиксии, недостатка кислорода в важнейших органах и тканях человека. При давлении, равном 2–3 атмосферам, человек может находиться в кислородной среде не больше 1,5–2 часов. Потом наступает кислородное опьянение, нарушение координации движений, нарушение внимания, потеря памяти. При давлении кислорода свыше 3 атмосфер очень быстро начинаются судороги, приводящие к смерти.

Для животных, живущих в условиях острого недостатка кислорода, он еще более ядовит. На этом основан способ борьбы с кишечными паразитами — аскаридами, поселяющимися в кишечнике человека и наших любимцев — собак. Кислород, введенный на некоторое время в кишечник человека, опасности для него не представляет, но совершенно непереносим для паразита.

Излишек кислорода опасен не только для животных. Он оказывает вредное воздействие и на растения. Интересно, что атмосфера нашей планеты, которую растения насытили кислородом, в наше время для них неблагоприятна. Им маловато углекислого газа и, что еще удивительнее, слишком много кислорода. Как показали исследования, не только обычная концентрация, но даже наличие в газовой среде всего лишь двух процентов кислорода, десятой часть того, что обычно содержит атмосфера, заметно тормозит фотосинтез. Оказывается, растения создали сами для себя не совсем подходящую атмосферу. Будь кислорода меньше, они бы росли и развивались более интенсивно.

Временная консервация

Кому требуется больше пищи, слону или мышонку? Ясно, что слону. Однако, если мы захотим выяснить, сколько пищи нужно на единицу веса едока, то результат получится совсем не такой. Полевка, землеройка, крот, синица — московка за день съедают количество пищи, составляющее 50 % от массы их тела. Масса пищи, съедаемой за день кошкой, составляет 5–6 % массы ее тела, а слоном — 1,5–2,5 %. Это неудивительно. Мелкие животные быстро остывают. Хотя у них маленькое тело, его поверхность, через которую они отдают свое тепло, велика. На уроках математики вы узнаете, что при увеличении массы тела (а следовательно, и его объема) в 8 раз, площадь поверхности тела увеличится лишь в 4 раза.

Когда к нам на север приходит зима, мелким зверькам приходится туго. Синицы от зари до зари перелетают от дерева к дереву, выискивая в трещинах коры пищу. Так же интенсивно трудятся кроты. Неукротимым аппетитом обладают крохотные землеройки. Они умудряются в течение суток переварить больше пищи, чем весят сами. Если бы у крупного слона возникла подобная потребность, ему пришлось бы съедать более 5 тонн пищи в день.

Из — за потребности всё время есть, землероек нельзя назвать ни дневными, ни ночными животными. Наш день для них — целая эпоха, в которую умещается несколько десятков землеройкиных мини — суток. Зверьки ищут корм, пока не насытятся, а затем бегут домой, чтобы вздремнуть и переварить пищу. Как только желудок опустеет, а это происходит очень быстро, для зверьков наступает новый трудовой день — голодать дольше двух часов землеройки при таком интенсивном обмене веществ не могут. У самых крохотных землероек «сутки» длятся всего 24 минуты. Из них 12 минут — «день» и 12 минут — «ночной покой». И так они живут весь землеройкин век — 14–18 месяцев, не впадая в спячку даже зимой.

Самые маленькие птицы — колибри. Их масса колеблется от 2 до 20 граммов. Самая маленькая из них — птица — муха, живущая на Кубе. Длина ее тела, если ощипать перышки и не учитывать длинного клюва, едва достигает 3 сантиметров. Это прелестные существа. Особенно красивы самцы — голова, горло, бока красного цвета с золотым отливом, все остальное тело зеленое, но на спине перья переливаются синими, а на хвосте — красными тонами.

Питаются малютки пыльцой, нектаром цветов и самыми мелкими насекомыми. Как и полагается колибри, они во время еды не садятся на ветки деревьев, а, энергично работая крыльями, зависают в воздухе и, засунув кончик клюва в цветок, высасывают очередную порцию нектара.

Такой способ питания требует серьезных энергетических затрат, а жиденький цветочный нектар содержит так мало питательных веществ, что птица всё светлое время дня вынуждена заниматься поисками и добычей пищи.

При столь скудном питании и таких высоких расходах энергии, невозможно сделать запасы хотя бы на одну ночь — период вынужденного бездействия. Усевшись на ветку передохнуть, колибри даже в кубинскую тридцатиградусную жару мерзнет. Ведь нормальная температура ее тела — 40 градусов, и ее нужно поддерживать, «сжигая» массу «топлива».

Кубинской «зимой» на длинные прохладные ночи «дров» не хватает. И колибри пользуются отличным способом борьбы с энергетическими трудностями. Они впадают в оцепенение и резко уменьшают выработку тепла. Температура тела падает больше чем наполовину, снижаясь до 20 или 17 °C. В этот период обмен веществ даже у крупных колибри, вроде гигантского и синегорлого, сокращается в 50–60 раз, а у мелких — в 100 раз!

Оцепенение — опасное состояние. В это время колибри совершенно беспомощны и не способны взлететь, так что становятся легкой добычей любого хищника. С первыми лучами утреннего солнца тело крошки начинает дрожать мелкой дрожью: так птички согревают себя и, восстановив подвижность, отправляются завтракать.

Впадают в оцепенение и летучие мыши. Вернувшись с ночной охоты, они приводят себя в порядок и, угнездившись поудобнее, быстро, за несколько минут, снижают температуру тела и засыпают.

Как снижение температуры тела, так и последующий разогрев после выхода из оцепенения протекают, можно сказать, стремительно. Колибри охлаждаются за считанные секунды. Разогрев тела у этих животных не требует значительного расхода энергии. Колибри, весящему 4 грамма, для этого требуется всего 57 калорий, а козодою с весом тела 40 граммов — 570 калорий.

Нужно сказать, что манипуляции с температурой собственного тела — вещь весьма опасная. Пока птицы находятся в оцепенении, температура воздуха может опуститься достаточно низко. В этот период бороться с холодом колибри не в состоянии и могут погибнуть. Если температура тела упадет до +8°, колибри останутся в живых, только при условии, что температура воздуха в ближайшие 2–3 часа поднимется да 25–30 °C и согреет их. Сами выйти из такого состояния они не могут.

Гномики — поджигатели

Большинство высших животных нашей планеты чувствуют себя нормально, пока температура их тела поддерживается в районе 40 °C. Небольшое отклонение от этого стандарта всего на 3–4 °C для большинства из них гибельно.

В любом крупном организме, в том числе в человеческом теле, вырабатывается немало тепла. Его вырабатывают даже самые маленькие существа, в том числе микробы. Правда, каждый микроб производит ничтожно малое количество тепла, но если их собрать вместе…

Сами микробы сохраняют активность и размножаются при вполне определенных температурах. Одни из них любят холод — для них оптимальна температура +10 °C и даже ниже. Их называют холодоустойчивыми микроорганизмами. Есть среди них любители умеренных температур и поклонники жары. Последние могут плодиться лишь при температуре выше 40–55 °C, а есть среди них и такие, что способны вести активный образ жизни при температуре выше +100 °C!

Такие «экстремали», поселяясь в скоплениях съедобных для них веществ, способны поднимать их температуру до немыслимых для других микробов пределов, вызывая пожары. Благоприятные для их размножения условия возникают в стогах сена, кипах хлопка, пеньки, табака, в кучах недосушенного зерна, навоза и прелых листьев. В старину дальние перевозки подобных грузов через тропические океаны считались весьма опасными мероприятиями.

Разогрев скоплений органического вещества до высоких температур происходит конвейерным способом. Сначала в них поселяются любители умеренных температур. Когда они поднимут температуру субстрата достаточно высоко, приходит черед всё более и более радикальных любителей тепла. Вскоре в стоге сена, кучах хлопка или в глубине торфяной залежи начинается обугливание, а порой происходит и самовозгорание. Возможно, иногда так возникают пожары жарким сухим летом на осушенных болотах или торфоразработках — кажется, что торф загорается сам собой.

Лесные пожары все — таки чаще возникают от брошенной сигареты или спички, от непотушенного костра, то есть по вине человека. Но бывает и так, что на торфоразработках торф действительно загорается сам по себе. Обычно добытый торф измельчают и складывают для просушки в огромные штабели. Вот тут — то и возникает угроза пожара, так как внутри штабелей может идти бурный рост микроскопических грибков и других микроорганизмов. При этом температура в глубине торфяной массы резко возрастает, и она превращается в полукокс. Это происходит только в том случае, если масса компактно сложенного торфа достигнет критической величины — 4 кубометров. В меньших объемах коксования не происходит.

Внешне ничто не выдает процессов, происходящих внутри, но трогать такой штабель не следует. Вскрыв его, рабочие обнаруживают на глубине полуметра беловатый паутинный слой грибного и микробного мицелия. Уже через 15–30 секунд после соприкосновения с воздухом на поверхности полукокса начинают вспыхивать искорки, возникают стремительные язычки пламени. Полукокс горит жарко, и вскоре огнем охватывается весь штабель. Предотвратить возникновение подобных пожаров можно, только строго придерживаясь предельного размера штабелей — не более 4 м³.

Альтернативные технологии

Холод, вечный мрак и мертвая тишина — такой еще недавно представлялась океанологам океанская бездна. Да и какой же еще она может быть? Ведь все знают, что органическое вещество на нашей планете способны создавать лишь растения и некоторые бактерии, способные к фотосинтезу. И создаются они за счет солнечной энергии. Животные способны лишь использовать и перерабатывать органические соединения. А в глубины океана свет не проникает, и растения существовать там не могут. Значит, кроме крох органического вещества, погружающегося на дно с поверхности, есть там нечего. На большей части площади океанского дна дело обстоит именно так, однако…

17 февраля 1977 года американские ученые, погрузившись в районе Галапагосских островов в глубоководном обитаемом аппарате (ГОА) «Алвин» на глубину около 2,5 километра, обнаружили выходы геотермальных вод, иными словами — подводные горячие источники, с необычным составом воды, а вокруг них — зону бурного развития живых организмов. Вскоре подобные подводные оазисы были найдены и в других районах океана. Геотермальные источники самых богатых оазисов назвали чёрными курильщиками. Горячая вода там вытекала не из трещин дна, а из высоких башен, а черный шлейф различных веществ, содержавшихся в ней, клубясь, тянулся на десятки метров по течению. Много гидротермальных источников обнаружили и отечественные исследователи на экспедиционном судне «Академик Мстислав Келдыш» — сначала в Атлантике, а позже и в других районах мирового океана.

Изучение черных курильщиков дало поразительные результаты. Температура воды, выбрасываемой из жерл курильщиков, доходит до +350…4–360 °C. В ней нет ни кислорода, ни нитратов, зато присутствует сероводород. Выпадение сульфидов и других веществ, возникающее при охлаждении воды, и придает ей черный цвет. Осаждающиеся из этой воды вещества вызывают возникновение огромных труб курильщиков.

Почему вокруг черных курильщиков возникают оазисы? Что позволяет морским обитателям бурно размножаться здесь и благоденствовать? Чем могли бы питаться обитатели подводных оазисов?

У подножия черных курильщиков живут креветки, крабы и другие ракообразные, множество моллюсков и многощетинковых червей, а также рыбы, иглокожие и другие организмы. Особенно характерны для гидротермальных источников колонии своеобразных организмов — вестиментифер. Среди них встречаются карлики длиной 5–6 см и толщиной всего 0,1 мм и гиганты длиной до 1,5 м и толщиной 2,5 мм. Живут они в хитиновых трубках, создающих на дне непроходимые заросли.

Передний конец тела вестиментифер, который обычно высовывается из трубки, увенчан пучком красных щупалец.

У этих странных животных есть сердце и сложная система кровеносных сосудов, по которым циркулирует красная кровь, окрашивающая щупальца в розовый или красный цвет. Нервная система в виде тяжа проходит вдоль всего тела животного, а скопление нервных клеток в самой верхней его части заменяет вестиментиферам мозг. Дышат они с помощью щупалец, заменяющим им жабры. Нет у вестиментифер только рта, пищевода, желудка и кишечника — то есть пищеварительной системы. Вот какими удивительными существами оказались эти обитатели подводных оазисов.

Как же можно жить, напрочь отказавшись от еды? Одно время думали, что вестиментиферы ловят своими щупальцами какую — то мелюзгу и высасывают ее. Однако действительность оказалась еще удивительнее. Вестиментиферы живут за счет растворенного в воде сероводорода. Но и это еще не всё!

Сероводород — ядовитое вещество, и использовать его для собственных нужд ни один многоклеточный организм не может. Вестиментиферы не сами «едят» сероводород, но используют для его переработки сонмы серных бактерий, живущих в специальном органе их тела. Сероводород, как и кислород, они извлекают из воды через всю поверхность щупалец и надежно упаковывают с помощью молекул особых белков. В таком виде опасное вещество доставляется серным бактериям.

Маленькие труженики окисляют сероводород и за счет извлеченной при этом энергии синтезируют из углекислого газа и нитратов необходимые им органические вещества. Они попадают в кровь и разносятся по всему телу предприимчивых вестиментифер. Часть этих веществ расходуется на их собственные нужды, а остальное милостиво возвращается создателям.

В оазисах обитают и другие животные, пользующиеся услугами еерных бактерий. У двустворчатых моллюсков, например, серобактерии живут в жабрах. Некоторые черви не заключают с бактериями симбиоз, а просто соскабливают с камней налет свободноживущих бактерий.

Но в любом случае жизнь подводного «оазиса», затерянного в почти безжизненной океанской пустыне, полностью зависит от бактерий, умеющих использовать энергию неорганических веществ для синтеза органических в отсутствие света.

Что — то рыбы сегодня разлетались.

Летающих рыб насчитывают примерно 50–60 видов. Конечно, строго говоря, они не летают, а планируют, но планирующий полет — всё равно полет. Впрочем, пресноводные рыбы — бабочки в полете даже машут своими крыльями, хотя летают, конечно, значительно хуже настоящих бабочек.

Летучие рыбы невелики ростом, от 15 до 25–35 см. Гигантская летучая рыба не бывает длиннее 50 см. Летающие рыбы имеют необычайно большие грудные плавники. У наиболее способных летунов они достигают 80 % от длины тела и содержат большое число особо жестких лучей. Плавники располагаются вблизи центра тяжести рыбы, но несколько сдвинуты вверх, что в полете придает телу устойчивость.

Чтобы оторваться от поверхности воды, рыбам необходимо набрать большую скорость.

Самые лучшие авиаторы — четырехкрылые летучие рыбы. У них две пары несущих плоскостей, образованных брюшными и грудными плавниками. Малый вес тела и огромная нижняя лопасть хвостового плавника из жестко соединенных между собой лучей, дольше всего остающаяся в воде, помогают рыбе подняться в воздух. Разгоняясь в воде, рыбы, чтобы уменьшить лобовое сопротивление, прижимают грудные и брюшные плавники к телу и раскрывают их только в воздухе. Перед взлетом хвост совершает 50–70 взмахов в секунду, а скорость достигает 30–35 км/ч. Отрыв от поверхности происходит благодаря последним наиболее энергичным взмахам нижней лопасти, и в воздухе скорость возрастает до 60–70 км/ч. Полет обычно продолжается около 2 секунд, при этом рыба поднимается в воздух на 6–7 ми способна покрыть расстояние в 50 м. Иногда воздушное путешествие продолжается 15–30 секунд.

Увы, такой длительный полет, к которому летучих рыб понуждают охотящиеся на них тунцы й корифены, не всегда спасает их от гибели, так как хищники продолжают преследование под водой, а в воздухе летунов поджидают фрегаты — проворные морские хищники.