Принцип целесообразности Тренировочные задачи

1. Почему у тюленей, китов, моржей имеется мощный подножный слой жира?

Решение. Ответ не представляет труда – для предотвращения больших потерь тепла в холодной воде.

2. Знаменитые горбы у верблюда содержат большие запасы жира – до 100-120 килограммов. В чем физиологический смысл этого? И почему жир запасен в горбах, а не под кожей, как у некоторых водных животных?

Решение. О холоде, разумеется, речи быть не может – верблюд живет в пустыне. Здесь другая проблема – нехватка воды. Тогда будем искать полезную для организма связь между нехваткой воды и избытком жира в организме. Дело в том, что при окислении углеводов и, особенно, жиров образуется так называемая метаболическая вода. За ее счет верблюд может не пить 45 дней и при этом первые две недели нормально работать. Жиры дают больше воды, чем углеводы (почему?), поэтому запасаются именно они. А почему не под кожей как у водных животных? Для верблюда это было бы не только нецелесообразно, но просто гибельно из-за перегревания. У других пустынных животных тоже имеются скопления жира и, конечно, опять-таки не под кожей, а в определенных местах, например, у основания хвоста.

3. У некоторых антарктических рыб кровь бесцветная. С чем это связано?

Решение. Красный цвет крови обусловлен наличием эритроцитов, содержащих гемоглобин. Следовательно, у этих рыб эритроцитов нет.

В чем физиологический смысл такой несколько необычной особенности? В антарктических морях вода очень холодная. Рыбы пойкилотермные животные и в этих условиях метаболизм у них низкий. Кроме того, у них имеются компенсаторные приспособления для поступления кислорода через кожные сосуды, сеть которых очень развита. В результате можно обойтись и без гемоглобина.

4. Для самых различных млекопитающих установлена математическая зависимость между диаметром аорты (d) и величиной систолического объема сердца (С), d = 0,013С (размерности не учитываются). Чем можно объяснить наличие такой универсальной зависимости?

Решение. Физиологический смысл данной зависимости сразу найти довольно трудно. Здесь потребуется привлечь на помощь не только физиологию, но и биофизику. Начнем с того, что при данном диаметре аорты увеличение систолического объема приведет к повышению линейной скорости кровотока. И наоборот, при данном систолическом объеме уменьшение диаметра аорты также вызовет повышение скорости кровотока. Следовательно, вопрос сводится к тому, что физиологически невыгодно, чтобы скорость кровотока превысила некоторый определенный предел. Почему? Вот здесь и потребуются сведения из биофизики или просто физики. Существует закон Рейнольдса, из которого, в частности, следует, что при достижении определенного уровня скорости течения жидкости или газа поток из ламинарного становится турбулентным. А при таком течении резко возрастает сопротивление.

Таким образом природа и здесь нашла оптимальный вариант – у всех млекопитающих аорта имеет такой диаметр, при котором течение крови не переходит в турбулентное и не возрастает нагрузка на сердце.

5. После предыдущей задачи эта не должна представить никаких трудностей.

Если бы гемоглобин содержался непосредственно в плазме, а не в эритроцитах, то присоединение кислорода происходило бы быстрее. Почему же в ходе эволюции весь гемоглобин был «упакован» в огромное количество эритроцитов?

Решение. Гемоглобин – хромопротеид и содержит белок – глобин. Раствор такого вещества в плазме повысил бы вязкость крови в несколько раз. Взгляните на рис. 3.1. Ясно, что сопротивление кровотоку значительно возросло бы, а это в свою очередь приведет к существенному повышению КД. Расплачиваться же за все это опять-таки пришлось бы сердцу.

6. Возможно, Вы не знаете, что у комаров, которые иногда так нам досаждают, существует «разделение труда». Кусаются и пьют кровь только самки, а самцы ведут себя гораздо безобидней и довольствуются пищей растительного происхождения. А где здесь физиологический смысл?

Решение. Самки отличаются от самцов прежде всего тем, что им приходится производить потомство. А это требует дополнительных расходов. В частности, необходимо получать больше белка. Вот и приходится добывать его из крови.

Способность находить аналогии – весьма полезное качество ума. Поэтому прежде чем перейти к следующей задаче, подумайте чем можно объяснить существование насекомоядных растений?

7. Исходя из принципа целесообразности, можно предсказать, что должны существовать только две группы физиологических механизмов, которые в конечном счете позволяют ему приспособиться к гипоксии любого происхождения. Какие же это механизмы?

Решение. Если денег маловато, есть только два выхода. Или как-то раздобыть дополнительное их количество, или научиться жить «по средствам». Так же действует и организм в условиях гипоксии. Или усиливается деятельность средств доставки кислорода – кровообращение, дыхание, дыхательная функция крови, или происходят изменения в тканях, позволяющие им существовать в среде с пониженным содержанием кислорода.

8. А что Вы думаете относительно содержания миоглобина в мышцах ныряющих животных?

Решение. После предыдущей задачи эту Вы должны решить, что называется, на ходу. Миоглобин – родной брат гемоглобина. Как показывает название, содержится он в мышцах. При восстановлении миоглобин, как и гемоглобин, отдает кислород. Когда ныряльщик, например, тюлень уходит под воду, то взять кислород из воздуха он уже не может. А мышцам кислород по прежнему нужен. Поэтому ясен физиологический смысл того, что в мышцах тюленя миоглобина в семь раз больше, чем, например, у быка, который, как известно, не ныряет. А в мышцах китов миоглобина еще больше.

9. У собак слюна выделяется только во время еды, а у человека постоянно. В чем физиологический смысл такого различия? Зачем нужна слюна, если во рту ничего нет?

Решение. В последнем вопросе условия содержится подсказка. Значит, слюна нужна не только для еды. После выхода организмов из воды на сушу у всех них появилась проблема борьбы с высыханием. Так, слеза защищает от высыхания роговицу глаза. Слюна делает то же самое по отношению к слизистой полости рта. Почему же человеку в отличие от собаки требуется непрерывная секреция слюны для защиты от высушивания? Потому что он значительно чаще открывает рот в связи с речевой артикуляцией. Речь сопровождается движением воздуха, что способствует подсыханию слизистых.

Для дополнительной тренировки попробуйте ответить самостоятельно на следующие вопросы.

Происходит ли непрерывная секреция слюны у человека в связи не только со звуковой, но и с мысленной речью?

Имеется ли такая особенность слюноотделения у глухонемых от рождения?

10. У икроножных мышц по сравнению с другими мышцами особенно выражена выносливость к статическим усилиям. С чем это связано?

Решение. Как Вы понимаете, это простая задача. Поддержание позы, например, стояние требует постоянного сокращения ряда мышц, в том числе и икроножных. Этим и объясняется их выносливость к статическим усилиям.

11. Глаз воспринимает всю видимую часть спектра. Но не видит тепловую, инфракрасную часть его. Не обделила ли нас природа? Ведь тогда мы могли бы ориентироваться в темноте. Разве это физиологически плохо?

Решение. У Вас уже достаточно опыта, чтобы понимать – если в ходе эволюции не появилось какое-то кажущееся полезным свойство, значит, этому мешали серьезные причины.

Свет воспринимают рецепторы сетчатки. Они находятся в глубине глаза, .Прежде чем достигнуть сетчатки, свет проходит через роговицу, хрусталик и стекловидное тело. Эти образования, как и другие ткани тела излучают тепло. Поэтому, если бы глаз мог воспринимать инфракрасные лучи, то мы ничего не видели бы, кроме постоянной пелены перед глазами.

12. В суставной 'полости существует отрицательное давление. Чем это полезно?

Решение. Отрицательное давление – это, иначе говоря, некоторое разрежение. В разреженном пространстве находящиеся в нем предметы более тесно прилегают друг к другу. Поэтому в суставной полости кости, образующие сустав, взаимно притягиваются. При нарушении целости суставной сумки отрицательное давление исчезает, кости могут легко разъединяться и сустав не сможет работать надежно.

13. Если Вы не помните, как влияют на величину просвета сосудов углекислый газ, молочная и пировиноградная кислоты, то не попытаетесь ли Вы ответить на этот вопрос, исходя из принципа целесообразности?

Решение. Все перечисленные вещества являются метаболитами. Их содержание в крови увеличивается, если организм производит какую-либо работу. Очевидно, при этом кровоснабжение органов должно увеличиться. В таком случае логично предположить, что указанные метаболиты расширяют сосуды. В действительности так и происходит.

14. Некоторые рыбы имеют электрические органы. Возникающее в них напряжение может достигать 600 В. Немудрено, что возникающий при разряде такого органа ток может оказаться для жертвы смертельным. Однако столь высокое напряжение существует только в электрических органах пресноводных рыб. У обитателей же морей оно в 8-10 раз меньше. С чем это связано?

Решение. Для морских рыб физиологически нецелесообразно расходовать дополнительную энергию, чтобы повысить напряжение в электрическом органе. Ведь морская вода соленая и хорошо проводит ток. Поэтому и при относительно невысоком напряжении разрядный ток окажется достаточно сильным. Пресная же вода значительно худший проводник. Приходится увеличить напряжение, чтобы получить нужный эффект.