Сущность законов Аллена и Бергмана
Правило Аллена – это правило, согласно которому выступающие части тела (хвост, уши, лапы) теплокровных животных, проживающих в областях с низкими температурами, имеют меньшие размеры, чем у животных, обитающих в областях с теплым климатом.
Правило Бергмана говорит о том, что животные, обитающие в ареалах с низкими температурами, имеют более крупные размеры тела.
Для того, чтобы сформировать полноценное понимание вышеописанных тенденций, необходимо вспомнить, что такое терморегуляция и каким образом она влияет на жизнедеятельность живых организмов.
Терморегуляция – это свойство живых организмов, которое заключается в их способности поддерживать температуру тела в конкретных границах, даже если температура окружающей среды сильно отличается ее величины.
Терморегуляция напрямую иллюстрирует все показатели гомеостаза организма и обеспечивает позитивную динамику смены равновесия между внутренней средой организма и окружающим миром. Исследованием подобных закономерностей в биологии занимается экофизиология или физиологическая экология. В случае, когда организм не может поддержать температуру в нормативных для вида границах, и она повышается значительно выше нормы, то возникает состояние гипертермии. При снижении температуры значительно ниже нормативных показателей возникает состояние гипотермии.
Границы генетического применения законов
Согласно критерию особенностей терморегуляции животные могут быть гомойотермными и пойкилотермными. Гомойотермные животные поддерживают постоянную температуру тела, температура пойкилотермных животных зависит от температуры окружающей среды.
Тем самым правило Аллена подтверждает, что теплокровные животные имеют определенный внутренний механизм, который поддерживает температуру на определённом постоянном уровне. По сути, такие животные преобразуют энергию пищи в тепло для поддержания постоянной температуры тела.
Это становится возможным благодаря тому, что тепло внутренних органов переносится к более прохладным частям тела, откуда рассеивается в окружающую среду. Такое потерянное тепло животный организм вынужден набирать в процессе метаболизма и соответственно ему необходимо минимизировать вышеописанные потери.
Поэтому для животных, живущих за полярным кругом, характерны следующие приспособления:
- толстый слой меха;
- увеличенное количество подкожного жира;
- уменьшение выноса тепла на поверхность за счет развитого мышечного слоя.
Наглядным примером, иллюстрирующим закон Аллена, являются относительные пропорции конечностей овцебыка и жирафа. Овцебык обладает короткими ногами потому, что, таким образом он уменьшает количество тепла, уходящего с поверхности его тела.
Другими словами, суть правила Аллена заключается в пропорциональности выделении тепла клетками организма объему тела животного. При этом теплоотдача пропорциональная площади поверхности тела. Те части тела, которые достаточно тонкие и имеют небольшой объем, но большую площадь поверхности увеличивают теплоотдачу и ведут к существенным потерям тепла.
Как и из любого правила, из закона Аллена есть исключения. Например, длина клюва птиц в большей степени связана с характером питания нежели с потерей тепла организмом.
Не менее интересным и фундаментальным можно признать правило Бергмана. Оно говорит о том, что все животные, которые обитают в областях с низкими температурами имеют, как правило, крупные размеры тела, по сравнению с теми, кто живет в теплых климатических зонах.
Суть правила Бергмана можно представить в следующих положениях:
- теплопродукция пропорциональна объему тела (чем больше температура тела, тем выше теплопродукция);
- теплоотдача пропорциональна площади поверхности тела;
- при увеличении объема площадь поверхности тела растет достаточно медленно, что провоцирует увеличение отношения категорий теплопродукция и теплоотдача и происходить компенсация потерей тепла в холодном климате.
При анализе обоих указанных правил становится очевидно, что они дополняют друг друга, поскольку достаточно точно и объективно позволяют судить о механизмах формирования температуры тела животного. Исключения из указанных правил, существующие на сегодняшний день, позволяют «охватить» вниманием особенности терморегуляции каждого организма и отразить специфику его существования.
Конкретным примером, иллюстрирующим правило Аллена, может служить следующая закономерность: если длина тела волка приблизительно 130 см, то его южный родственник, шакал, имеет почти вдвое меньшую длину, а именно – 75 см, но при этом уши шакала больше, чем у волка. На юге обитает еще один родственник этих животных – фенек. Он имеет размеры тела всего 30 – 40 см, но длина его ушей составляет 15 см.
Примером к правилу Бергмана может служить следующая закономерность: полярный волк является самым крупным представителем волчьих, белый медведь, обитающий на севере крупнее всех медвежьих. Росомаха является наиболее крупных представителем семейства куньих.
Как уже отмечалось ранее, существует ряд исключений из вышеописанных законов, а именно есть животные, которые обитают в жарком климате, но при этом обладают не просто большими, но колоссальными размерами. Это происходит потому, что в такой местности достаточно питательной базы и разнообразной растительности. При этом они компенсируют интенсификацию теплоотдачи тем, что постоянно сидят в воде (бегемоты). Слон охлаждается с помощью собственных ушей.
Таким образом, из правил существует множество исключений, им абсолютно не соответствует жизнедеятельность роющих млекопитающих. На их размеры существенное влияние оказывают особенности перемещения в почвенной среде, которая, кроме прочего, защищает их от холодного воздуха.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что правило Бергмана и Аллена имеют сходную физиологическую природу и отражают тот факт, что в холодном климате проще поддержать постоянную температуру тела животным, которые имеют меньшую площадь поверхности тела.
