Контрасты структурной адаптации: подход с точки зрения «цены жизни»

  Попросту говоря, наземные организмы платят гораздо бо­лее высокую «цену» за привилегию жить в газовой атмосфе­ре, чем их морские собратья, живущие в жидком океане. Высокая плотность океанских вод дает морским организмам плавучесть, которая уменьшает «эффективную» силу тяжес­ти, а относительное постоянство морских условий понижает «стоимость» выживания.

Эффекты плавучести

  Как растения, так и животные, живущие в наземной среде, вкладывают большую долю потребляемой тепловой энер­гии в строительство из клетчатки или костной ткани тех частей своего тела, с помощью которых они противостоят расплющивающей силе собственного веса. Наземные расте­ния строят из клетчатки стволы и стебли, стремясь закрыть своей тенью соседние растения и захватить больше солнеч­ного света. Много энергии тратят растения и на развитие своих корней — как для обеспечения физической устойчиво­сти, так и для того, чтобы добраться до питательных ве­ществ, растворенных в грунтовых водах.

  В противоположность этому морские растения не нужда­ются ни в корнях, ни в верхней «надстройке». Они целиком погружены в жидкий «суп», из которого питательные ве­щества и вода непосредственно поглощаются через обна­женные мембраны отдельных клеток. Нетрудно понять, по­чему большинство морских растений — одноклеточные и микроскопических размеров, размножающиеся простым де­лением ядра. Им нет надобности производить для этого се­мена. Все сказанное относится к нескольким тысячам видов диатомей, динофлагеллят и кокколитофоров, образующих главные семейства морских растений.

  Но цикл жизни морских растений — отнюдь не сонное царство в тихой воде. У большинства растений защитная (однако пористая) оболочка образуется из материала, отно­сительно более плотного, чем морская вода. Твердый пан­цирь диатомей состоит из кремнезема (Si02) — материала, похожего на тот, из которого состоит песок.   Динофлагелляты строят внешнюю мембрану из хитина — материала, по­хожего на целлюлозу (клетчатку) или человеческие ногти. Кокколитофоры покрывают свои одноклеточные тела кокколитами — мелкими пластинками из карбоната кальция (CaCO3). И хотя большая часть объема растительной клет­ки занята ее протоплазмой — живой субстанцией, имеющей ту же плотность, что и морская вода, — организмы имеют небольшую отрицательную плавучесть и, как правило, мед­ленно опускаются. Здоровые растительные клетки могут ис­пользовать некоторые особые методы противодействия не­достатку плавучести: они либо присоединяют к себе жиры и липиды, плотность которых меньше плотности морской во­ды, либо строят оболочки особой формы, уменьшающей скорость их опускания (см. рисунок 9.9).

  Морским животным также выгодно быть погруженными в среду, плотность которой почти равняется плотности жи­вой протоплазмы. Обитающие в море виды вкладывают сравнительно мало энергии в строительство костной ткани и надстройки, поскольку фактор эффективной силы тяжести понижен. В теле большинства настоящих рыб имеется пла­вательный пузырь, помогающий регулировать плавучесть: рыбы меняют объем газов, пропуская их через стенки пузы­ря в кровеносные сосуды и обратно. Для рыб, передвига­ющихся кругами или вертикально в столбе воды, возмож­ность управлять своей плавучестью уменьшает количество энергии, используемой на движение вверх-вниз.

  Главное назначение скелетной структуры морских жи­вотных — служить каркасом для прикрепления мышц и для того, чтобы мышцы могли изменять форму тела и тем са­мым приводить его в движение. Многие морские организмы строят экзоскелет, а мышцы и другие части тела размеща­ются внутри него; у этих животных внешний скелет служит и для других целей, например для защиты от хищников (панцирь у крабов), или же он препятствует высыханию, когда животное оказывается на воздухе (например, прикреп­ленные ракообразные во время отлива на скалистых бере­гах). Экзоскелетные животные получают такую защиту не бесплатно: во время своего роста они должны периодически сбрасывать старые оболочки, чтобы построить новые, более вместительные. Оставаясь в такие моменты без панциря или раковины, они становятся очень легкой добычей хищников.

Постоянство окружающей среды

  Наземные животные тратят много энергии, совершенствуя форму и строение своего тела, а также способность бороться с экстремальными климатическими условиями. Многие из них выработали у себя системы терморегуляции, с помощью которых в их теле сохраняется относительно постоянная тем­пература; теплокровные виды постоянно отдают среде часть вырабатываемого тепла, т. е. платят тепловой «налог» за поддержание таких условий. Другие приобрели способность менять свою форму и тем самым уменьшать поверхность ко­жи, подвергающуюся воздействию холода. Третьи использу­ют для тепловой изоляции чешую или перья.

  В противоположность этому морские животные обита­ют в среде, температура которой меняется в очень малых пределах. Им почти не требуются сложные системы тепло­вой регулировки: большинство морских животных — холод­нокровные. Однако приспособление к температуре среды влечет за собой обратный эффект: не обладая способностью управлять температурой своего тела, морские животные крайне чувствительны к малым тепловым изменениям в их водной среде обитания. Для некоторых видов, особенно тех, которые живут в открытом океане, выбор нужной тем­пературы воды возможен путем простого изменения глуби­ны: температура воды с глубиной понижается. С другой стороны, мигрирующие виды могут встретить на своем пу­ти настоящие барьеры в том месте, где меняются термиче­ские условия. Полагают, например, что лососевые виды развивались в Северном полушарии, но не смогли проник­нуть в Южное полушарие из-за теплых поверхностных вод экваториальной части океана. Эти воды сыграли роль теп­лового барьера. Мы не находим эндемичных лососевых в реках высокоширотных районов Южной Америки.

  Биологическим ограничителем развития холоднокровных животных является то, что с понижением температуры тела уменьшается скорость обмена веществ; следовательно, ско­рость «усвоения» энергии у них меньше, чем у теплокров­ных видов. Некоторые виды рыб приобрели комбинирован­ную систему холодно- и теплокровной циркуляции. Приме­ром может служить тунец. Это очень стремительные, быст­ро плавающие рыбы, находящиеся в непрерывном движе­нии — за пищей или в процессе миграции; их расход энергии не может быть удовлетворен одной только холоднокровной системой, поэтому температура тела тунцов на несколько градусов выше, чем окружающей воды.