По правилу бергмана

Для начала нужно сказать, что вообще такое терморегуляция:

Терморегуляция — это способность животных организмов поддерживать температуру тела в определённых границах, даже если температура внешней среды сильно отличается. Этот процесс представляет собой один из аспектов гомеостаза — динамически изменяющегося состояния равновесия между внутренней средой организма животного и его внешним окружением. Раздел науки, изучающий такие процессы в зоологии, называется экофизиологией или физиологической экологией. Если организм не может поддерживать температуру в нормальных для данного вида организмов границах, и температура повышается значительно выше верхней границы нормы, такое состояние называется гипертермией. Если же температура снижается значительно ниже нижней границы нормы, такое состояние называется гипотермией.

Большинство закономерностей, наблюдаемых в мире растений и животных, прямо следуют из теории эволюции,одно из таких правил – это правило Аллена. Теплокровные животные, как и человек, имеют внутренний механизм, поддерживающий температуру тела на постоянном уровне. По сути, эти животные преобразуют энергию пищи в тепло для поддержания постоянной температуры тела.

Правило Аллена : Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более короткие выступающие части тела (уши, лапы, хвост, нос) по сравнению с обитателями более теплых зон и областей.

Тепло переносится из внутренних органов теплокровных животных к более прохладной поверхности тела, откуда рассеивается в окружающую среду.

Это потерянное тепло животному нужно снова выработать в процессе обмена веществ (метаболизма), а значит, в его же интересах, чтобы потери тепла были минимальными. Поэтому полярные животные имеют толстый слой меха или подкожного жира для теплоизоляции и уменьшения выноса тепла на поверхность.

Возьмем в качестве наглядного примера относительные пропорции конечностей овцебыка и жирафа (овцебык приспособлен к холодному климату, а жираф — к жаркому). Короткие ноги овцебыка в условиях холодного климата — эволюционное приспособление: уменьшается поверхность, с которой уходит тепло.

То есть суть правила(Аллена) заключается в следующем: Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. Тонкие выступающие части тела, имеющие небольшой объем и большую площадь поверхности, увеличивают теплоотдачу, т.е. ведут к потере тепла организмом.Есть исключения из правила Аллена,например, длина клюва у птиц обычно связана с характером питания.

Правило Бергмана . Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более крупные размеры тела по сравнению с обитателями более теплых зон и областей.

Суть правила .

Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением объема площадь поверхности растет относительно медленно,

что позволяет увличить отношение «теплопродукция / теплоотдача» и таким образом компенсировать потери тепла с поверхности тела в холодном климате.

Таким образом эти два правила являются взаимодополняющими.

ПРАВИЛО БЕРГМАНА. Животные в районах с холодным климатом обычно значительно крупнее, чем в теплых областях, так как у крупных животных меньше потери тепла через поверхность тела. Лучшей иллюстрацией этого правила являются пингвины. Императорский пингвин весом более 30 кг и ростом выше 1 м живет в самом центре Антарктиды, а самый маленький пингвин — галапагосский — у экватора и имеет вес не более 4 кг. Между этими крайними формами есть переходные — пингвины средних размеров (патагонский, ослиный), которые обитают в умеренных широтах. Волк на Таймыре весит около 50 кг, а в Монголии— только 40 кг, лисица на Среднерусской равнине может достигать 10 кг, а в Туркмении — это небольшой зверек весом не более 3 кг. Однако из этого «правила» есть множество исключений.

Правила экологические — совокупность естественных закономерностей, определяющих функционирование популяций и экосистем; реакция живых организмов на стойкие изменения природной среды. Установлено значительное количество экологических правил, определяющих взаимосвязь организмов с внешней средой (см. Дедю И. И. Экологический энциклопедический словарь. Например, правило мехового покрова — у млекопитающих холодных климатических зон мех более густой, чем у млекопитающих, живущих в теплых странах. Так, пингвины Антарктиды покрыты плотным двухъярусным оперением (у пингвина адели — 12 перьев на 1 см2); перья у основания покрыты пухом, а на концах — широкие и извитые, заходящие друг под друга, чтобы не пропускать воду. Аналогичная адаптация отмечается и у животных, обитающих в засушливых районах. Так, густая шерсть у верблюдов на спине не только предохраняет от солнечной радиации, но и снижает потери воды в организме за счет испарения. С этими понятиями тесно связаны некоторые экологические правила (Бергмана, Аллена, Глогера и др.).

Правило К. Бергмана у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически (вк среднем) больше у популяций, обитающих в более холодных частях ареала.

Правило Бергмана (1847) — в пределах вида теплокровные животные с более крупными размерами встречаются в более холодных областях (подтверждается у позвоночных животных в 50% случаях, а у птиц — в 75—90%). Оно отражает адаптацию животных к поддержанию постоянной температуры тела в разных климатических условиях, т. е.

чем крупнее животное, тем легче ему сохранять тепло. Например, белый медведь Арктики имеет максимальный вес до 1 ООО кг, бурый медведь умеренных лесов — до 760 кг, а малайский медведь — всего 65 кг. Наиболее крупный — королевский пингвин Антарктиды имеет рост до 120 см, а самый маленький галапагосский пингвин (обитает почти на экваторе) — до 40 см.

Правило Бергмана — при продвижении на север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных увеличиваются.

ПРАВИЛО БЕРГМАНА — закономерность изменения размеров го-мойотермных (теплокровных) животных в связи с изменением температуры среды. Согласно П. Б., у животных одного вида или группы близких видов размеры тела больше в холодных частях ареала и меньше в более теплых его частях.

В экологии известно правило К. Бергмана, согласно которому у теплокровных животных размеры тела особей в среднем больше у северных популяций вида (или близких видов) по сравнению с южными. Как бы дополнением этого правила служит правило Д. Аллена: относительное увеличение выступающих частей тела (конечностей, хвоста, ушей) у южных популяций вида или близких видов по сравнению с северными. Обе эти закономерности связаны с приспособлением относительной поверхности теплоотдачи организма к соответствующим климатическим условиям: чем крупнее животное, тем меньше отношение поверхности к объему. Этому же подчиняются зональные различия густоты шерстного покрова и его пигментации: у северных форм шерсть, как правило, гуще и темнее. Исключения, относящиеся к пигментации, обусловлены либо биологической ценностью маскирующей белой окраски на севере (белый медведь, зимний покров песца и полярной совы) или защитной ролью меланиновой пигментации бесшерстной кожи на юге (человек).

Достаточно ясно, что удлинение выступающих частей тела увеличивает поверхность тела и его теплоотдачу.

Морфологические адаптации. Температура среды оказывает влияние на форму и строение растительных и животных организмов, т.е. их морфологию. Согласно правилу Бергмана, если два близких вида теплокровных животных отличаются размерами, то более крупный обитает в более холодном, а мелкий — в теплом климате. Это обусловлено тем, что с увеличением размера тел животных при продвижении на север уменьшается относительная поверхность тела, а значит, и теплоотдача. Отметим также, что у теплокровных животных выступающие части тела (например, уши у зайца, лисы) в холодном климате короче, чем в теплом, поэтому в первом случае они отдают в окружающую среду меньше тепла (правило Д.

Аллена).

Известны морфологические приспособления растений и животных к низким температурам, так называемые жизненные формы растений (по Раункеру) и жизненные формы животных (правило Бергмана). Растения приспосабливаются таким образом, чтобы уберечь от низкой температуры свои почки (под снегом, в почве и т.п.), а животные, даже одного вида, живущие в северных широтах, увеличивают массу своего тела, запасая на зиму питательные вещества.

Температурные условия могут вызвать, наконец, географическую изменчивость видов. Проиллюстрировать это можно с помощью морфолого-зоогеографических закономерностей, к главнейшим из которых относится правило Бергмана. Немецкий физиолог Карл Бергман установил его еще в 1847 г. Теплокровным животным с постоянной и притом высокой температурой тела в жарком климате полезно излучать, а в холодном, наоборот, удерживать тепло. По мере же увеличения размеров животного поверхность тела возрастает в квадрате, а его объем — в кубе. Следовательно, поверхность крупного животного сравнительно меньше, чем у мелкого. Отсюда следует простой вывод, что теплокровным животным, населяющим холодные страны, полезно быть крупными, а животным, населяющим теплые страны, — мелкими. Последующие наблюдения показали, что правило Бергмана соблюдается лишь в пределах подвидов одного вида или близких видов. При этом имеют значение не среднегодичные, а минимальные температуры, т. е. средние значения температур самого холодного месяца. Конкретным примером соблюдения правила Бергмана может служить изменение размеров бурого медведя: к северо-востоку Азии он становится все крупнее. Белый медведь крупнее бурого, а бурый — крупнее гималайского.

Ж.ф. животных зависят также от климата. В холодном климате чаще встречаются животные более крупных размеров с короткими выступающими частями тела (хвост, уши, конечности) и с темной окраской, позволяющей им аккумулировать большее количество тепла (см. Правило Аллена, Правило Бергмана).

Группа закономерностей, характерных для пространственных изменений особей в популяциях, сменяющих друг друга при движении с севера на юг (или наоборот) и живущих в различных условиях островной изоляции, наиболее известна. Кажется, еще Фридрих I Барбаросса (1125— 1190) знал правило измельчания размеров тела теплокровных животных при движении с севера на юг, названное затем правилом К■ Бергмана (1847): у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически (в среднем) больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида. Правилу Бергмана подчиняются около 50% видов теплокровных животных, подавляющая часть которых (до 90%) птицы. Механизм действия правила Бергмана очевиден — укрупнение размеров особей термодинамически позитивно меняет отношение объема и площади тела, снижает уровень основного обмена. В то же самое время правило не может действовать в тех случаях, когда наблюдается недостаток кормов или колеблется их доступность: при увеличении размеров тела общая масса потребляемого корма возрастает1. Очевидна связь правила Бергмана с правилом поверхностей (разд. 3.4.2).

Зависимость распространения от температуры: сведения общего характера. Заключение: влияние температуры и внешних условий вообще.

Особенно важное значение температура окружающей среды имеет на начальных этапах онтогенеза, когда терморегуляция у животного еще не выработалась. При этом повышение температуры окружающей среды сопровождается увеличением скорости дифференциации, отчего рост несколько задерживается. По данным И. И. Калабухова (1938), в процессе послеутробного развития грызунов при пониженных температурах рост и дифференциация сначала замедляются; однако в дальнейшем животные все же достигают более крупных размеров, чем те, которые развиваются при более высоких температурах. В то же время из правила Бергмана, согласно которому теплокровные животные одного вида на севере достигают более крупных размеров, чем на юге, имеется много исключений.

Правила Бергмана, Аллена, Глогера, Томсона-Бакстона

Правило Бергмана — Отражает зависимость размеров тела от температуры среды

Правило Алена — Устанавливает связь с климатом не размеров тела, а его пропорций

Правило Глогера — Выражает принцип: чем ближе к тропикам, тем интенсивнее окраска

Правило Томсона-Бакстона — Выявляет зависимость ширины носа от климатических показателей (максимальная ширина носа в тропиках)

Адаптация и человек

«Примеры адаптивной изменчивости человека очень многочисленны. В первую очередь возникает вопрос о возможности распространения на человека «экологических правил», установленных для животных. После длительной дискуссии на эту тему его можно считать решенным положительно. Более того, помимо экологических правил Аллена, Бергмана и Глогера, для человека было установлено новое правило Томсона и Бакстона, выражающее зависимость ширины носа от климатических показателей.

Согласно правилу Бергмана, наблюдается зависимость между температурой среды и размерами тела гомотермных животных: в районах сурового арктического и антарктического климата размеры тела больше, чем в тропической зоне.

Применительно к популяциям человека аналогичное соотношение продемонстрировано сразу для нескольких признаков: длины, веса и поверхности тела. Каждый из этих признаков в отдельности может служить показателем общих размеров тела.

Межгрупповые корреляции этих показателей со среднегодовыми температурами обнаруживают закономерный характер и высокую степень связи между ними: и длина тела, и его вес связаны со средней годовой температурой отрицательной корреляцией. Из этого следует, что в среднем малорослые группы людей встречаются чаще в центральном поясе ойкумены, чем на ее северных и южных окраинах. А это как раз и есть явление, которое постулируется правилом Бергмана.

Правило Аллена трактует связь с климатом не размеров, а пропорций тела гомотермных животных. В холодном климате они имеют укороченные конечности и отличаются более плотным сложением.

У человека сопоставление измерений, характеризующих пропорции тела с климатическими характеристиками обнаруживает довольно тесную связь между ними наподобие той, которая существует у животных. А именно: группы людей, которые проживают в тропическом климате, отличаются в среднем удлиненными пропорциями и менее плотным сложением, проживающие в умеренном и холодном поясах — более плотным сложением и укороченными пропорциями тела.

Правилом Глогера устанавливается интенсивность окраски животных в зависимости от широты местности: чем ближе к тропикам, тем окраска интенсивнее.

То же соотношение характерно и для человека. Цвет кожи, волос и глаз закономерно светлее по мере перехода от тропического пояса к умеренной зоне в обоих полушариях и затем еще более светлеет при переходе к арктической зоне. Отклонения от этого правила — а оно, так же как и предыдущие, имеет статистический характер и может быть установлено не при попарном сопоставлении групп людей из тропического и, скажем, умеренного пояса, а лишь на большом материале, отражающем изменчивость пигментации в десятках популяций, — легко объяснить поздними переселениями людей из другой климатической и ландшафтной зоны (эскимосы в Гренландии и на Аляске, лопари в Скандинавии и т.д.).

Любопытно отметить, что наиболее тесная связь пигментации с климатическими факторами в зависимости от широтной зональности наблюдается в Европе и Америке, где эта зональность имеет наиболее закономерный характер и где расселение народов в наибольшей мере отражало этапы первоначального (в палеолите) заселения территории человеком современного вида.

Правило Томсона — Бакстона привлекает особое внимание потому, что оно устанавливает зависимость от климата такой особенности, которая практически слабо развита у животных и составляет отличительную принадлежность человеческого лица; Зависимость вариаций ширины носа от интенсивности среднегодовой температуры и солнечной радиации, от широты местности также статистическая, как и во всех предыдущих случаях. Максимальная ширина носа в среднем характеризует те группы человечества, которые расселены в тропической зоне, минимальные величины зафиксированы у населения Скандинавии, северо-восточной оконечности Азии, Аляски, Гренландии и Огненной Земли. Наиболее четко эта зависимость представлена, как и в случае с пигментацией, на Американском континенте.

Климатические правила, правила, отражающие закономерности географич. изменчивости организмов, связанной с климатич. градиентами. К основным К. п. относятся правила Бергмана, Аллена, Глогера и др. Тот факт, что географич. изменчивость в значительной мере коррелирует с климатич. изменениями, доказывает, что разные виды могут сходным образом реагировать на воздействие одного и того же фактора среды. Эти различия имеют генетич. основу, следовательно, экогеографич. правила доказывают селективную роль среды. Многообразие в значительной степени независимых закономерностей свидетельствует о многообразии селективных компонентов среды. Постепенность градиентов признаков, обусловленная действием климатич. правил, показывает, что географич. изменения фенотипа есть следствие взаимодействия многочисленных генетич.

факторов, каждый из к-рых создает небольшой фенотипич. эффект.

До демографического скачка в Европе и освоения Америки собственно «бледнолицые» составляли ничтожный процент человечества. Географический центр потери пигмента — побережье Балтийского моря, так называемый пояс блондинов. Несколько шире располагается «пояс голубых глаз», а ещё шире — «пояс светлокожих». Далее простирается сплошной массив весьма смуглых европеоидов (марокканцев, египтян, арабов, персов, индийцев). Многие антропологи присоединяли к этому ряду эфиопов, обладающих утончёнными и европейскими чертами лица. Если принять их точку зрения, окажется, что некоторым европеоидам присуща… самая тёмная кожа на Земле.

Причина огромного разнообразия этой расы в контрастах её ареала — от тропиков до Арктики. При движении с юга на север на европеоидов действуют общие правила экологии: Бергмана (увеличиваются размеры тела), Аллена (укорачиваются конечности), Глогера (падает интенсивность окраски). Для иллюстрации сравните, например, рост, пропорции и цвет лица бенгальского крестьянина и беломорского моряка.

Итак, европеоиды — не «белые люди». Как же тогда их охарактеризовать? В первую очередь, в глаза бросается отсутствие черт, присущих другим расам, — монгольской складки века (эпикантуса), курчавых волос, толстых губ. А что же присутствует? Пожалуй, рельеф лица: вперёд выдаются как его центр, так и «детали», — скулы, надбровье, носовые кости, подбородок. Отчасти это связано с тем, что европеоидные черты формировались в горных регионах с довольно суровым климатом. В частности, увеличенная полость носа лучше защищала дыхательные пути от холодного и сухого воздуха.

Как вытекает из ряда исследований, размеры и пропорции человеческого тела, а также состав его по основным компонентам подчиняются известным экологическим правилам Бергмана и Аллена, согласно которым в пределах одного вида, рода и семейства в тропическом поясе сосредоточены преимущественно некрупные формы с удлиненными конечностями, тогда как по направлению к полюсам увеличиваются размеры и уменьшается длина конечностей. Вес тела, его поверхность и отношение длины ног к длине туловища обнаруживают высокую корреляцию с климатической зональностью: вес последовательно увеличивается к полюсам, то же происходит и с поверхностью тела, хотя последняя зависимость менее отчетлива (она видна яснее, если поверхность соотносится с весом), длина же ног, наоборот, уменьшается к полюсам. По соотношению костной и мускульной тканей в разных популяциях пока нет достаточно убедительных данных; что же касается жировой ткани, то ее количество повышается в полярных популяциях.

Экологическое правило Томсона — Бакстона, названное по имени исследователей, впервые открывших эту зависимость, и постулирующее положительную связь ширины носа с влажностью и температурой (максимально — в тропических широтах).

Добавить комментарий

Закрыть меню