Еще на рубеже пятидесятых-шестидесятых годов биологами было установлено, что теплокровное животное, в частности, млекопитающее не должно быть по массе меньше двух граммов, иначе оно выжить не в состоянии, так как при меньшей массе нарушается обмен веществ. Для всех теплокровных существ неизбежно правило обратной пропорции: чем меньше вес, тем больше необходимо пищи, так как у малого тела исключительно высокая удельная поверхность теплоотдачи. Обычно это иллюстрируют следующим образом. Для заворачивания конфеты одной массы нужна определенная минимальная площадь обертки, которая в нашем рассуждении имитирует кожу. При увеличении массы конфеты вдвое необходимая площадь обертки почти не увеличится.
Еще более наглядным будет следующий пример. Кубик с ребром 10 см имеет поверхность 600 см2 или 0,06 м2. Раздробленный на кубики с ребром в 1см он примет поверхность в 6000 см2 (0,6 м2), а если этот исходный куб раздробить до миллиметровых кубиков, то в этом случае суммапная поверхность будет уже 6 м2.
Теплообмен живого существа осуществляется через излучение, конвекцию, теплопроводность, испарение влаги с поверхности тела. А образование тепла обязано процессам метаболизма, который происходит во всём организме. Баланс тепла при длине тела l имеет вид:
Где Q1 и Q2 соответсвенно теплоотдача и теплообазование.
Это отношение 1/l для мелких млекопитающих близко к предельному, то есть, тому размеру, до которого они могут уменьшаться в процессе своей эволюции. К этому критическому размеру близка домовая мышь. Но два вида землероек - бурозубка крошка и белозубка - масса которых порой не превышает 1,5-2,5 г и 1,8-2,2г, что почти в 10 раз меньше массы домовой мыши, чувствуют себя не хуже, чем домовая мышь.
Их детёныши, масса каждого не превышает 0,2 г, рождаются не только слепыми и беспомощными, но и неспособными поддерживать постоянной температуру тела. Это роднит их пресмыкающихся, температура тела которых зависила от окружающей среды. Получается, что если размеры тела меньше, то организм должен быть экзотермным (пойкилотермным).
Не удивительно, что потрясающей сенсацией оказалось, что взрослый этрусский мышонок Suncus etruscus весит не более двух граммов, а многие из них не превышают в весе и полутора граммов!
Это животное долгое время пребывало в ведении криптозоологов - специалистов, занимающихся животными, существование которых на планете сомнительно. Первые сведения об этрусской мыши поступили в середине прошлого века, когда кости этого крошечного существа были найдены в гнезде совы. И только в серелине этого века зоолог Боннского университета доктор Адельхайт Геретс после долгих поисков на острове Сардиния сумела раздобыть сначала погибшее, а затем и семь живых экземпляров этого странного животного. Пойманным животным крупно повезло, что зоолог их обнаружила сразу же после поимки, так как для поддержания своих биологических процессов эти животные должны непрерывно есть. Пойманные эти крохотные животные - трое их легко умещаются в спичечной коробке - уже были вялыми от голода. И если бы исследовательница не дала им пищу, а они питаются червями, гусеницами, кузнечиками, то все пойманные зверьки вскоре бы погибли.
В силу своих исключительно малых размеров этрусская мышь теряет через свою, хоть и покрытую шерстью, кожу очень много тепла. Поэтому она в день съедает пищи, которая по весу вдвое превосходит ее собственный вес. Самое крупное на Земле животное - голубой кит - в день съедает 8 т пищи, что составляет 4% его веса; слону ежедневно требуется до 230 кг листьев или 50-70 кг сена. В случае мыши это эквивалентно тому, как если бы человек в день съедал в среднем 150 кг пищи! Поэтому мышь почти не спит - ей надо непрерывно есть.
Такая напряженная жизнь для того, чтобы выжить и продолжить род выработала у мыши необычные бойцовские качества. Зверек атакует с отчаянием обреченного пауков, больших жуков и даже ящериц, длина которых достигает 10 см. У животного исключительная реакция и огромная для его размеров физическая сила.
В случае, когда пищи нет, мышь впадает в летаргическое состояние, сворачивается в клубок, чтобы уменьшить поверхность теплоотдачи; биологические процессы замедляются. Такое состояние не может безболезненно длиться более двух часов. Пробудясь от летаргического сна, мышь отправляется на охоту. Если и в это время она не найдет пищи, то животное обречено.
Такая жизнь практически за гранью возможного требует абсолютно безупречной работы всего организма, работы буквально на износ. И если у слона сердце совершает 27 ударов в минуту, у человека - 70, то у этрусской мыши сердечный ритм составляет 1 300 ударов в минуту. И не удивительно, что продолжительность ее жизни составляет всего 16 месяцев.
Здесь уместно отметить, что в природе существует вполне определенная зависимость размеров животного от климатических условий, в частности, средней температуры воздуха. Это вытекает из высказанных выше положений о том, что у близких видов тем меньше теплоотдача, чем больше размеры тела, или меньшее отношение площади поверхности тела к его объему. Поэтому представители близких видов имеют тем большие размеры, чем холоднее в тех местах, где они обитают. Мамонты и шерстистые носороги, обитавшие на Севере, по своим размерам намного превосходили своих южных собратьев. Та же картина отмечается и для полярных медведей. Прирост массы опережает рост его поверхности, что снижает коэффициент теплоотдачи организма.
Кстати, аналогичная картина свойственна и для телосложения человека. Представители северных народов приземисты, кряжисты, тогда как южане долговязые.
Но такие зависимости не являются абсолютно строгими - существует масса исключений, тем более, что это правило справедливо для низких летних, а не зимних температур.
Для холоднокровных животных описанная зависимость имеет обратный характер: чем теплее среда, тем крупнее их размеры.
Для морских беспозвоночных существенным оказывается, кроме температуры, содержание кальция, содержание которого в воде растет с температурой. В этом случае получают бурное развтие кораллы, фораминиферы и пр.
Но вернёмся к землеройкам - здесь ещё много удивительного.
Парадокс крохотных землероек объясняется тем, что у них, их детёнышей, а также у всех животных, впадающих в сезонную спячку, имеется в области лопаток бурый жир, обладающий особенно высокой теплопродуктивностью. Этот жир состоит практически из одних триглицеридов, окисление которых и даёт большое количество тепла. В организме новорожденных доля бурого жира очень высока, а по мере развития организма эта доля уменьшается.
Запасы бурого жира особенно полезны во время весеннего пробуждения.
Но землеройки, которые в спячку не впадают, а также новорожденные в буром жире получают дополнительный источник тепла для холодного времени. Этот источник, включаясь, обогревает не весь организм, а наиболее важные для жизнедеятельности органы.
Неясно, как могли развиться такие крохи. Ведь этот дополнительный обогрев потредляет намного больше энергии, чем требует вышеприведённое соотношение площади тела и массы. Поэтому-то крохотная бурозубка в течение дня съедает пищи в 4,2 раза больше собственного веса, но белозубка при тех же размерах съедает пищи только в 3,2 раза меньше собственного веса.
Как уже говорилось, что голод вызывает у них летаргическое состояние. При этом они теряют подвижность и замедляют дыхание. Это обстоятельство даже ставит под сомнение их теплокровность.
Кроме всего прочего крохи-землеройки потребляют столько же пищи и кислорода, как и живущие рядом с ними более крупные животные. Но живущие рядом мыши потребляют упавшие на землю семена растений, а землеройки питаются мелкими насекомыми и другими беспозвоночными. Которые для других животных и птиц не представляют никакого интереса. И в случае землероек имеет место важность не высокое суммарное, а разовое потребление пищи.
Представляется, что такие крохи и сотворены специально для того, чтобы вовлекать в круговорот рассеянное в виде мелких форм живое вещество даже на таком низком уровне.
Своеобразной ииллюстрацией к этому вопросу может быть колибри, которая потребляет пищи на единицу веса своего тела в 100 раз больше, чем слон. Масса колибри не превышает массы землероек (1,7 - 19,1 г). Это дневные птицы, они не могут питаться в ночное время. Как это свойственно землеройкам. И за день колибри не в состоянии накопить столько энергии, чтобы её хватило на ночное время. Скорость обмена веществ у этой крошечной птички столь велика, что перерыв в еде в 6-8 часов грозит им смертью от истощения. Чтобы этого не происходило, на ночное время организм колибри как бы окоченевает, и температура от обычной 40-45oC снижается до температуры окружающего воздуха, а темп обменных процессов падает в 10-15 раз. Утром птичка оживает и вновь принимается с жадностью поглощать пищу. Малые размеры тела колибри и, следовательно, малая масса способствует тому, чтобы как резкое понижение, так и резкое повышение температуры тела происходило за несколько секунд.
Но сюрпризы, которые преподносили землеройки, не закончились на описанных выше. Ещё в 1937 году было замечено, что масса зверьков имеет сильно выраженный сезонный ход. Они теряют почти треть своего веса. И мало кого это удивляло. Но спустя 12 лет выяснилось, что у землероек к зиме сильно уменьшается голова, уменьшается высота черепной коробки. Получалось, что здесь имеет место перестройка костной, мозговой ткани, внутренних органов. Причём это не имеет выраженного климатического характера - явление практически одинаково характрерно как для северных, так и для южных широт. Землеройки становятся миниатюрными в начале зимы, а не толстеют, как животные, накапливающие на зиму жир. И худеют они не в разгар зимы, а сразу же после осенней линьке, которая обычно наступает в ноябре. А калорийность тканей их тела зимой подскакивает на 10%.
Это влечет такие недоумённые вопросы: как увязать такие противоречия - уменьшая поверхность тела, землеройка увеличмвает теплоотдачу, для чего должна резко возрасти потребность в еде. Так, львы, жившие зимой в зоопарке на открытом воздухе, съедали в полтора раза больше мяса, чем летом.
Землеройки к зиме теряют большое количество воды (8-10% массы тела); полностью не функционируют их потовые железы. Тем самым уменьшается расход тепла на испарение. Этому способствует и более густой, чем летом, мех. При уменьшении своих размеров зверёк превращается в пушистый шарик, что унбшает поверхность теплообмена. И ещё землеройки предпочитают обитать при температуре в среднем на 5o ниже, чем летом.
Если же в зимнее время землеройки находятся при температурах, таких же, как летом, то вначале их вес снижается, а затем начинает резко расти; зверёк увеличивает свои размеры почти вдвое. Вес приростает за счёт образования бурого жира, тогда как вес всех внутренних огранов отсается одним и тем же.
Когда этих же землероек поместили в помещение с температурой (-2oС), животные почти в 7 раз снизили потребление пищи, а вес начал стремительно убывать до 1 грамма в сутки. Вес убывал тем сильнее, чем большей была начальная масса тела, начинал расти аппетит.
