скачать djvu/3,4M

591.4
Ш73

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

Как работает организм животного? Какими путями обеспечивается его приспособленность к постоянно меняющимся условиям окружающей среды? Ответы на эти вопросы стремятся найти специалисты разных отраслей биологии.

Животный мир Земли очень разнообразен: более миллиона видов населяют сейчас нашу планету. Каждый из них отличается.своими морфологическими, физиологическими, экологическими, поведенческими особенностями. Эти особенности вырабатываются в процессе эволюции и определяют видовую специфику взаимоотношений животного с окружающей средой. Между близкими видами различия иногда выявляются лишь с большим трудом. Чем дальше отстоят друг от друга сравниваемые виды, тем резче они отличаются, тем больше разнятся общие принципы и конкретные механизмы их приспособлений к условиям жизни.

И тем не менее всесторонние сравнительные исследования многих видов из разных таксономических групп (а значит, и различной филогенетической близости) позволяют не только выяснить видоспецифичные особенности, обеспечивающие выживание каждого данного вида в непрерывно идущей борьбе за существование, но и выявить общие черты строения и функций, общие принципы приспособлений к окружающей среде  {5}  в пределах разных систематических групп. Об одних общих закономерностях строения и функционирования органов, их систем и организма в целом мы сейчас знаем достаточно детально, о других пока имеем лишь самое приближенное представление.

Относительно недавно было выяснено, что в разных группах животных при выработке приспособлений к меняющимся условиям среды довольно широко используется принцип противотока. Как этот.принцип используется позвоночными животными, рассказывает предлагаемая читателю книга К. Шмидта-Нильсена.

Она представляет собой изложение лекций, прочитанных им в 1970—1971 учебном году в Кембриджском университете. На примере отдельных исследований, проведенных в последние годы как самим автором и его учениками, так и другими учеными, ярко и убедительно показана роль противоточных систем (кровь — воздух, кровь — кровь и др.) в сохранении и рассеивании образующегося в организме тепла, в сокращении энергетических затрат, в интенсификации дыхания, в поддержании благоприятного водного и солевого баланса. В заключительной главе рассматриваются некоторые физиологические проблемы, связанные с характерным для позвоночных животных очень большим диапазоном абсолютных размеров тела (например, среди млекопитающих мелкие землеройки весят 3—4 грамма, слоны 3—4 тонны, киты 20—50 и даже 100 тонн). Все эти данные достаточно новы и еще не получили всестороннего отражения не только в научно-популярной, но и в учебной литературе.

Несколько слов об авторе книги. Кнут Шмидт-Нильсен родился в 1915 году в Тронхейме, окончил школу в Норвегии, затем поступил в Копенгагенский университет, где учился у Августа Крога, а диссертацию на степень доктора философии готовил в Карлсбергской  {6}  лаборатории под руководством Кая Линдестрема-Ланга. В 1946 году Шмидт-Нильсен начал изучать животный мир в пустынях Северной Америки. С 1952 года он профессор физиологии на зоологическом отделении Университета Дьюка.

Физиолог по образованию, физиолог и эколог по опыту работы, строгий экспериментатор и вдумчивый полевой натуралист, профессор Кнут Шмидт-Нильсен — крупный ученый, успешно работающий в области экологической физиологии. Особенно широко известны его оригинальные работы по исследованию эколого-физиологических приспособлений животных к жизни в пустыне; они обобщены в переведенной на русский язык книге «Животные пустынь. Физиологические проблемы тепла и воды» (изд-во «Наука», 1972). Большой интерес вызвали его исследования по выяснению роли носовых и надорбитальных желез у пресмыкающихся и птиц, эффективно выводящих из организма излишки солей, по определению энергетических затрат у разных животных, новая трактовка действия дыхательной системы птиц и другие работы. Для всех исследований К. Шмидта-Нильсена характерен комплексный синтетический подход к изучаемым явлениям и объектам, стремление выявить взаимосвязи морфофизиологических особенностей с образом жизни животного, поиск общих принципов приспособления животных к условиям окружающей среды.

Стиль ученого отчетливо проявляется и в предлагаемой книге. Читатель, несомненно, оценит широкую эрудицию автора, четкость и логичность повествования, а также новизну приводимых фактов, хотя сжатость изложения потребует при чтении постоянного внимания и сосредоточенности — к разряду развлекательных эта книга не относится.  {7} 

Книга адресована в первую очередь студентам старших курсов, специализирующимся в разных разделах биологии (физиологам, морфологам,экологам), и преподавателям биологии в школах. Однако можно не сомневаться, что ее с удовольствием прочтут и специалисты-биологи, а также инженеры, работающие в области бионики. Излагаемые автором факты и идеи, вероятно, привлекут и всех тех, кто просто интересуется биологией.

Н. Н. Карташев

ЛИТЕРАТУРА

Adolph Е. F., Quantitative relations in the physiological constitutions of mammals, Science, 109, 579—585, 1949.

Albers C, Der Mechanismus des Warmehechelns beim Hund. I. Die Ventilation und die arteriellen Blutgase wahrend des Warmehechelns, Pflugers Arch, ges Physiol, 274, 125—147, 1961.

Baker M. A., Hayward J. N., The influence of the nasal mucosa and the carotid rete upon hypothalamic temperature in sheep, J. Physiol., 198, 561—579, 1968.

Banko W. E., The Trumpeter Swan. North American Fauna, № 63, 1960.

Barnett С H., Harrison R. J., Tomlinson J. D. W., Variations in the venous system of mammals, Biol. Rev., 33, 442—487, 1958.

Bartels H., Hilpert P., Barbey K., Betke K., Riegel K., Lang E. M, Metcalfe J., Respiratory functions of blood of the yak, llama, camel, Dybowski deer, and African elephant, Am. J. Physiol., 205, 331—336, 1963.

Benedict F. G., Vital Energetics. A Study in Comparative Basal Metabolism, 1938.

Berg Т., Steen J. В., The mechanism of oxygen concentration in the swim-bladder of the eel, J. Physiol., 195, 631—638, 1968.

Bergmann C, Ueber die Verhaltnisse der Warmeokonomie der Thiere zu ihrer Grosse, Gottinger Studien, 595—708, 1847.

Brett J. R., The relation of size to rate of oxygen consumption and sustained swimming speed of sockeye salmon (Oncorhynchus nerka), J. Fish. Res. Bd. Can., 22, 1491—1501, 1965.

Bretz W. L., Schmidt-Nielsen, K., Patterns of air flow in the duck lung, Fedn. Proc, 29, 662, 1970.

Bretz W. L., Schmidt-Nielsen K., Bird respiration: flow patterns in the duck lung, J. exp. Biol., 54, 103—118, 1971.

Brody S., Bioenergetics and Growth. With Special Reference to the Efficiency Complex in Domestic Animals, New York, 1945.

Brody S., Procter R. C, Relation between basal metabolism and mature body weight in different species of mammals and birds, Missouri Agr. Exp. Sta. Res. Bull., 166, 89—101, 1932.

Brody S., Procter R. C., Ashworth U. S., Basal metabolism, endogenous nitrogen, creatinine and neutral-sulphur excretions as functions of body weight, Missouri Arg. Exp. Sta. Res. Bull., 220, 1—40, 1934.

Calder W. A., Schmidt-Nielsen K., Evaporative cooling and respiratory alkalosis in the pigeon, Proc. natn. Acad. Sci. U. S. A., 55, 750—756, 1966.  {135} 

Calder W. A., Schmidt-Nielsen K., Panting and blood carbon dioxide in birds, Am. J. Physiol., 215, 506—508, 1968.

Carey F. G., Teal J. M., Heat conservation in tuna fish muscle, Proc. natn. Acad. Sci. U. S. A., 56, 1464—1469, 1966.

Carey F. G., Teal J. M., Mako and porbeagle: warm-bodied sharks, Сотр. Biochem. Physiol, 28, 199—204, 1969.

Collins J. C, Pilkington T. C, Schmidt-Nielsen K., A model of respiratory heat transfer in a small mammal, Biophys. J., 11, 886—914, 1971.

Crawford E. C, Mechanical aspects of panting in dogs, J. appl. Physiol., 17, 249—251, 1962.

Crawford E. C, Kampe G., Resonant panting in pigeons, Сотр. Biochem. Physiol., 40A, 549—552, 1971.

Daniel P. M., Dawes J. D. K., Pnchard M. M. L., Studies on the carotid rete and its associated arteries, Phil. Trans. Roy. Soc, B, 237, 173—208, 1953.

Drorbaugh J. E., Pulmonary function in different animals, J. appl. Physiol., 15, 1069—1072, 1960.

Fedde M. R., Burger R. E., Kitchell R. L., Electromyographic studies on certain respiratory muscles of the chicken, Poult. Sci., 42, 1269, 1963.

Gifford W. E., McMahon H. O., A new low-temperature gas expansion cycle, Part II, Adv. in Cryog. >Eng., 5, 368—372, 1960.

Gjonnes В., Schmidt-Nielsen K., Respiratory characteristics of kangaroo rat blood, J. cell. сотр. Physiol., 39, 147—152, 1952.

Gregory W. K., Notes on the principles of quadrupedal locomotion and on the mechanism of the limbs in hoofed animals, Ann. N. Y. Acad. Sci., 22, 267—294, 1912.

Grigg G. C, Water flow through the gills of Port Jackson sharks, . J. ex p. Biol., 52, 565—568, 1970.

Haies J. R. S., The partition of respiratory ventilation of the panting ox, J. Physiol., 188, 45—46P, 1966.

Hales J. R. S., Bligh J., Respiratory responses of the conscious dog to severe heat stress, Experientia, 25, 818—819, 1969.

Hales J. R. S., Findlay J. D., Respiration of the ox: normal values and the effects of exposure to hot environments, Resp. Physiol, 4, 333—352, 1968.

Hall F. G., Dill D. В., Guzman Barron E. S., Comparative physiology in high altitudes, J. cell сотр. Physiol, 8, 301—313, 1936.

Harwood P. D., Therapeutic dosage in small and large mammals. Letter to the Editor, Science, 139, 684—685, 1963.

Hemmingsen A. M., Energy metabolism as related to body size and respiratory surfaces, and its evolution, Reports of the Steno Memorial Hospital and Nordisk Insulinlaboratorium, 9, 1 — 110, 1960.

Hinds D. S., Calder W. A., Tracheal dead space in the respiration of birds, Evolution, 25, 429—440, 1971.

Hutchens J. O., Podolsky В., Morales M. F., Studies on the kinetics and energetics of carbon and nitrogen metabolism of Chi-lomonas Paramecium, J. cell сотр. Physiol, 32, 117—141, 1948. Jackson D. C, Schmidt-Nielsen K., Countercurrent heat exchange in the respiratory passages, Proc. natn. Acad. Sci. U. S. A., 51, 1192—1197, 1964.  {136} 

Jenkin F., Gas- and Caloric-Engines; в кн. «Heat and its Mechanical Applications», London, 101—174, 1885.

Kayser Ch., Heusner A., Etude comparative du metabolismc ener-getique dans la serie animale, J. Physiol, 56, 489—524, 1964.

King A. S , Structural and functional aspects of the avian lungs and air sacs, Int. Rev. Gen Exp. ZooL, 2, 171—267, 1966.

King A. S., Cowie A. F., The functional anatomy of the bronchial muscle of the bird, J. Anat., 105, 323—336, 1969.

Kleiber M., Body size and metabolism, Hilgatdia, 6, 315—353, 1932.

Kleiber M., The Fire of Life. An Introduction to Animal Energetics, New York, 1961.

Kleiber M., Prefatory chapter: An old professor of animal husbandry ruminates, Ann. Rev. Physiol, 29, 1—20, 1967.

Krogh A., The Anatomy and Physiology of Capillaries, New Haven, 1929.

Kuhn W., Ramel A., Kuhn H. J., Marti E., The filling mechanism of the swimbladder. Generation of high gas pressures through hairpin countercurrent multiplication, Experientia, 19, 497—511, 1963.

Landes R. R., Leonhardt К. О., Duruman N., A clinical study of the oxygen tension of the urine and renal structures. II, J. Urol, 92, 171—178, 1964.

Larimer J. L., Schmidt-Nielsen K., A comparison of blood carbonic anhydrase of various mammals, Сотр. Biochem. Physiol, 1, 19—23, 1960.

Lasiewski R. C, Calder W. A., A preliminary allometric analysis of respiratory variables in resting birds, Resp. Physiol, 11, 152—166, 1971.

Lasiewski R. C, Dawson W. R., A re-examination of the relation between standard metabolic rate and body weight in birds, Condor, 69, 13—23, 1967.

Lasiewski R. C, Snyder G. K., Responses to high temperature in nestling double-crested and pelagic cormorants, Auk, 86, 529—540, 1969.

Матюхин В. А., Столбов А. Я., Потребление кислорода байкальским омулем (Coregonus autumnalis migratorius) и хариусом (Thymallus arcticus P.) в зависимости от скорости плавания; в кн. «Адаптация к высокогорью и гипоксия. Адаптация водных животных», Новосибирск, АН СССР, Сибирское отделение, 147—149, 1970.

Матюхин В. А., Энергетический обмен и к. п. д. пресноводных рыб при различных температурах и дозированных двигательных нагрузках; в кн. «Адаптация к высокогорью и гипоксия. Адаптация водных животных», Новосибирск, АН СССР, Сибирское отделение, 149—152, 1970.

Murrish D. Е., Schmidt-Nielsen К., Exhaled air temperature and water conrservation in lizards, Resp. Physiol, 10, 151—158, 1970.

Naya J. K., Van Handel E., The fuel for sustained mosquito flight, J. Insect Physiol, 17, 471—481, 1971.

Nielsen В., Nielsen M., Body temperature during work at different environmental temperatures, Acta physiol scand., 56, 120—129, 1962.  {137} 

Norris K. S., The ecology of the desert iguana, Dipsosaurus dorsa-lis, Ecology, 34, 265—287, 1953.

Odum E. P., Rogers D. Т., Hicks D. L., Homeostasis of the nonfat components of migrating birds, Science, 143, 1037—1039, 1964.

Prange H. D., Schmidt-Nielsen K., The metabolic cost of swimming in ducks, J. exp. Biol., 53, 763—777, 1970.

Raab J., Schmidt-Nielsen K., Effect of activity on water balance of rodents, Fedn. Proc, 30, 371, 1971.

Rayner M. D., Keenan M. J., Role of red and white muscles in the swimming of the skipjack tuna, Nature, 214, 392—393, 1967.

Riggs A., The nature and significance of the Borh effect in mammalian hemoglobins, J. gen. Physiol, 43, 737—752, 1960.

Rikmenspoel R., Sinton S., Janick J. J., Energy conversion in bull sperm flagella, J. gen. Physiol, 54, 782—805, 1969.

Rothschild Lord, The movements of spermatozoa; в кн. «Mammalian Germ Cells», Siba Foundation Symposium, London, 1953, 122—133.

Rubner E., Ueber den Einfluss der Korpergrosse auf Stoff-und Kraftwechsel. Z. Biol, 19, 535—562, 1883.

Salt G. W., Respiratory evaporation in birds, Biol. Rev., 39, 113—136, 1964.

Scheid P., Piiper J., Analysis of gas exchange in the avian lung: theory and experiments in the domestic fowl, Resp. Physiol, 9, 246—262, 1970.

Шмидт-Нильсен К., Животные пустынь, Физиологические проблемы тепла и воды, изд-во «Наука», Л., 1972.

Schmidt-Nielsen К., Animal Physiology, Englewood Cliffs, 1970.

Schmidt-Nielsen К., Bretz W. L., Taylor C. R., Panting in dogs: unidirectional air flow over evaporative surfaces, Science, 169, 1102—1104, 1970, a.

Schmidt-Nielsen K., Hainsworth F. R., Murrish D. E., Countercurrent heat exchange in the respiratory passage: effect on watt and heat balance, Resp. Physiol, 9, 263—276, 1970, 6.

Schmidt-Nielsen K., Kanwisher J., Lasiewski R. C, Cohn J. E., Bretz W. L., Temperature regulation and respiration in the ostrich, Condor, 71, 341—352, 1969.

Schmidt-Nielsen K., Larimer J. L., Oxygen dissociation curves of mammalian blood in relation to body size, Am. J. Physiol, 195, 424—428, 1958.

Schmidt-Nielsen K., Pennycuik P., Capillary density in mammals in relation to body size and oxygen consumption, Am. J. Physiol, 200, 746—750, 1961.

Schmidt-Nielsen K., Schmidt-Nielsen В., Jarnum S. A., Houpt T. R., Body temperature of the camel and its relation to water economy, Am. J. Physiol, 188, 103—112, 1957.

Scholander P. F., Counter current exchange. A principle in biology, Hvalradets Skrifter, № 44, 1—24, 1958.

Scholander P. F., Van Dam L., Secretion of gases against high pressures in the swimbladder of deep-sea fishes. I. Oxygen dissociation in blood, Biol. Bull, 107, 247—259, 1954.

Scholander P. F., Krog J., Countercurrent heat exchange and vascular bundles in sloths, J. appl. Physiol, 10, 405—411, 1957.  {138} 

Soum J. M., Recherches physiologiques sur lappareil respiratoire des oiseaux, Ann. Univ. Lyon, 28, 1—126, 1896.

Stahl W. R., Physiological Similarity and Modeling. The Application of Dimensional Analysis and Physical Similarity Theory to Mammalian Physiology, New Yok, 1972.

Steno N., De musculi et glandulis. Amstelodami. Quoted from Broman, I (1921), Z. ges. Anat., 60, 439, 1664.

Suckling J. A., Suckling E. E., Walker A., Suggested function of the vascular bundles in the limbs of Perodicticus potto, Nature, 221, 379—380, 1969.

Свифт Дж., Путешествия в некоторые отдаленные страны света Лемюэля Гулливера, сначала хирурга, а потом капитана нескольких кораблей, М., изд-во «Художественная литература», 1967.

Taylor С. R., The eland and the oryx, Sci. Am., 220, 88—95, 1969.

Taylor C. R., Dehydration and heat: effects on temperature regular tion of East African ungulates, Am. J. Physiol., 219, 1136—1139, 1970.

Taylor С. R., Dmiel R., Fedar M., Schmidt-Nielsen K., Energetic cost of running and heat balance in a large bird, the rhea, Am. J. Physiol., 221, 597—601, 1971, a.

Taylor С. R., Schmidt-Nielsen K., Dmiel R., Fedak M., Effect of hyperthermia on heat balance during running in the African Hunting Dog, Am. J. Physiol., 220, 823—827, 1971, 6.

Taylor C. R., Schmidt-Nielsen K., Raab J. L., Scaling of the energetic cost of running to body size in mammals, Am. J. Physiol., 219, 1104—1107, 1970.

Tennent D. M., A study of water losses through the skin in the rat, Am. J. Physiol., 145, 436—440, 1946.

Tenney S. M., Remmers J. E., Comparative quantitative morphology of the mammalian lung: diffusing area, Nature, 197, 54—56, 1963.

Thomas S. P., Suthers R. A., Oxygen consumption and physiological responses during flight in an echolocating bat, Fedn. Proc, 29, 265, 1970.

Tucker V. A., Respiratory physiology of house sparrows in relation to high-altitude flight, J. exp. Biol., 48, 55—56, 1968, a.

Tucker V. A., Respiratory exchange and evaporative water loss in the flying budgerigar, J. exp. Biol, 48, 67—87, 1968,6.

Tucker V. A., Energetic cost of locomotion in animals,, Сотр. Bio-chem. Physiol, 34, 841—846, 1970.

Tucker V. A., Flight energetics in birds, Am. Zool, 11, 115—124, 1971.

Verzar F., Keith J., Parchet V., Temperatur und Feuchtigkeit der Luft in den Atemwegen, Pflugers Arch. ges. Physiol, 257, 400—416, 1953.

Von Hoesslin H., Ueber die Ursache der scheinbaren Abhangigkeit des Umsatzes von der Gresse der Korperoberflache. Du Bois Reymond Arch. Anat. Physiol, 323—379, 1888.

Walker J. E. C, Wells R. E., -Merrill E. W., Heat and water exchange in the respiratory tract, Am. J. Med., 30, 259—267, 1961.  {139} 

Webb P., Air temperatures in respiratory tracts of resting subjects in cold, J. appl. Physiol., 4, 378—382, 1951. Webb P., Respiratory heat loss in cold, Fedn. Proc, 14, 486, 1955. Weis-Fogh Т., Weight economy of flying insects, Trans. Ninth Int. Congr. Ent., 1, 341—347, 1952.

Wohlschlag D. E., Cameron J. N., Cech J. J., Seasonal changes in the respiratory metabolism of the pinfish (Lagodon rhomboides), Contr. Marine Sci., 13, 89—104, 1968. Zeuthen E., The ventilation of the respiratory tract in birds, Kl. danske Vidensk. Selsk. Biol. Medd, 17, 1—50, 1942.

Кнут Шмидт — Нильсен

КАК РАБОТАЕТ ОРГАНИЗМ ЖИВОТНОГО

Редактор Р. Дубровская

Художественный редактор Ю. Урманчеев

Технический редактор Л. Бирюкова

Корректор Н. Гиря

Сдано в набор 10/Х 1975 г. Подписано к печати

22/IV 1976 г. Бумага тип. №3 84×108¹/₃₂=2,25 бум. л.

7,56 усл. печ. л. Уч.-изд. л. 6,96. Изд. № 12/7609

Цена 33 коп. Зак. № 926

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
Москва, 1-й Рижский пер., 2

Ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградская типография № 2 имени
Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при
Государственном Комитете Совета Министров
СССР по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли

198052, Ленинград, Л-52,
Измайловский проспект, 29

ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
В 1977 ГОДУ ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
ВЫПУСТИТ КНИГУ

Р. ЗЮСС, В. КИНЦЕЛЬ, ДЖ. СКРИБНЕР
«Рак: эксперименты и гипотезы»

В книге, принадлежащей перу широко известных ученых в области экспериментальной онкологии, дан исчерпывающий обзор различных воззрений на возникновение рака, рассмотрены теории химического канцерогенеза, вирусная теория, генетическая предрасположенность, а также иммунология опухолей и перспективы иммунотерапии рака.

Написана книга легко, превосходно иллюстрирована, снабжена словарем, облегчающим чтение неспециалисту. Ее с большим интересом и пользой прочтут не только медики и биологи, но и все те, кто хотел бы больше узнать об этой актуальнейшей проблеме современной медицины.