должно было бы иметь столь массивный скелет, что, по всей вероятности, оно попросту сломалось бы под его тяжестью. Здесь уместно привести следующую мысль, высказанную в XVII в. (еще до рождения Свифта). Она принадлежит Галилею. ...Тот, кто пожелал бы сохранить в огромном великане пропорции обыкновенного человеческого тела,- заметил ученый,- должен был бы найти для построения костей какое-либо иное, более прочное вещество, или же должен был бы примириться с тем, чтобы большое тело обладало крепостью сравнительно меньшей, чем тело человека обычной величины. Увеличение размеров до чрезвычайной величины имело бы следствием то, что тело было бы раздавлено и сломано тяжестью своего собственного веса . Галилей делает совершенно правильный вывод: Достигнуть чрезвычайной величины животные могли бы только в том случае, если бы кости их изменились, существенно увеличившись в толщину, отчего животные по строению и виду производили бы впечатление чрезвычайной толщины . Любопытно, что этот вывод был предвосхищен итальянским поэтом XVI в. Ариосто. В его поэме

Неистовый Роланд есть такие строки, относящиеся к великану:

Огромный рост его так члены утолщает. Что вид чудовища они ему дают.

Итак, животное огромных размеров неизбежно должно быть толстым и неповоротливым. В борьбе за существование такое животное имеет некоторые преимущества перед мелкими животными- оно может их одолеть в схватке или просто отпугнуть своим устрашающим видом. Однако большие размеры тела имеют и принципиальные неудобства. Потребность в пище растет пропорционально объему тела, а в то же время возможность ее добывания при этом уменьшается (вследствие понижения подвижности). Мы видим, таким образом, что законы механики определяют некоторый предел размерам животных. Их массивность и неповоротливость приводят к тому, что начиная с некоторой величины животного, его потребность в пище становится больше способности к ее добыванию,- такой вид обрекается на вымирание. Когда-то на Земле обитали исполинские пресмыкающиеся. Они оказались нежизнеспособными и в конечном счете вымерли. Сегодня среди сухопутных животных наиболее крупными являются слоны.

Заметим, что в море физические условия существования иные, чем на суше. Сила тяжести уравновешивается там выталкивающей силой. Поэтому неудивительно, что в морях много крупных животных и рыб. При менее массивном скелете кит имеет более значительные размеры, нежели слон или бегемот.

Предвидим возникновение у читателя одного вопроса. Возмож-

но, он появился еще тогда, когда мы критиковали Свифта. Понятно, что великаны у Свифта должны быть нежизнеспособными. А как лилипуты? Имеются ли у физики возражения против лилипутов?

Имеются. С точки зрения законов механики здесь все в порядке. Возражения возникают, если мы обратимся к вопросам теплообмена.

Что отличает млекопитающих и птиц от других живых существ? То; что температура тела у них практически постоянна, не зависит от колебаний температуры окружающей среды и может быть значительно выше этой температуры. Недаром млекопитающих и птиц называют теплокровными- в отличие от холоднокровных, у которых температура тела лишь немного выше температуры среды и изменяется вместе с ней. Нормальная температура тела человека около 37 °С, у слона температура 35 °С, у собаки 39 °С; температура птиц в среднем равна 42 °С. Постоянство температуры тела теплокровных обеспечивается совместным действием механизмов нагревания и охлаждения организма. Различные превращения энергии в организме (например, превращения, связанные с пищеварением, дыханием или мышечной деятельностью) приводят к выделению теплоты, т. е. к нагреванию. Процессы теплоотдачи в окружающую среду приводят, очевидно, к охлаждению. Если у нас в теле выделяется излишняя теплота, мы потеем - иначе говоря, включаем дополнительный механизм охлаждения.

Сделанные замечания позволяют обсудить вопрос о существовании наименьших возможных размеров млекопитающих. Пусть / -

размеры тела животного, а q - некоторая величина, характеризующая интенсивность протекания у него обмена веществ (например, чем больше отношение объема воздуха, вдыхаемого в единицу времени, к объему тела, тем, следовательно, интенсивнее протекает обмен веществ, тем больше q). Выделяющаяся в теле животного в единицу времени теплота Q пропорциональна объему тела и величине q:

Q-lq- (К 1)

Теплоотдача будет происходить тем интенсивнее, чем больше площадь поверхности тела (она пропорциональна /), чем больше разность температур ДГ тела животного и окружающей среды и чем хуже теплоизоляционные свойства покрова тела. Таким образом, для теплоты Q, отдаваемой животным в окружающую среду в единицу времени, можем записать

(К 2)

где через g обозначена некоторая величина, характеризующая теплоизоляционные свойства покрова тела (чем лучше теплоизоляция, тем больше ). Из (К1) и (К2) следует, что

Q AT

(К 3)

Температура тела у всех млекопитающих практически одинакова, поэтому перепишем (КЗ) в более простом виде:

(К 4)

Обсудим полученный результат. Предположим, что размеры животного уменьшаются. Чтобы при этом не произошло увеличения отношения Q/Q, необходимо

скомпенсировать уменьшение размеров возрастанием величин и , т. е. усилением обмена веществ и повышением теплоизоляции тела. Именно по такому пути и пошла природа. Сравним лошадь и обычную полевую мышь, благо они живут в одном и том же климатическом поясе. Лошадь - очень спокойное (в обычных ситуациях) животное, тогда как мышь все время в движении, она все время мечется, суетится. Лошадь за минуту вдыхает объем воздуха, составляющий менее сотой доли объема тела, тогда как объем воздуха, вдыхаемого за минуту мышью, превышает объем ее тела. Все это указывает на то, что в теле мыши обмен веществ происходит намного интенсивнее, чём в теле лошади. К тому же у мыши более эффективен шерстяной покров, а значит, и лучше теплоизоляция.

Итак, уменьшение размеров тела у теплокровных животных природа компенсирует усилением обмена веществ и улучшением теплоизоляции. Очевидно, что возможности подобной компенсации не беспредельны, рано или поздно они окажутся исчерпанными,- и тогда дальнейшее уменьшение размеров тела теплокровных станет недопустимым. Вот почему можно говорить о самом маленьком сухопутном млекопитающем. Им является мышь землеройка; длина ее тела 3...5 см, масса от 2 до 10 г. Заметим, что в море теплоотдача существенно лучше, поэтому немногие живущие в воде млекопитающие имеют относительно большие размеры.

Мы обсудили результат (К4) с точки зрения уменьшения размеров животных. Можно было бы проанализировать также возраста-

ние размеров. Если чрезмерно мелкие млекопитающие не в состоянии себя обогреть, то чрезмерно крупные будут, очевидно, слишком сильно потеть, будучи не в состоянии себя охладить. Очень мелким животным угрожает смерть от холода, а очень крупным от теплового удара. Однако практически теплового удара опасаться не приходится: при возрастании размеров животных, прежде чем наступит перегрев организма, произойдет недопустимое возрастание механических нагрузок на организм. Таким образом, сверху размеры животных ограничены законами механики, а снизу законами теплофизики. Существенно, что нижнее ограничение касается лишь теплокровных животных.

В заключение вернемся еще раз к лилипутам Свифта. Учитывая сказанное выше, мы приходим к выводу, что люди ростом немного больше 10 см вряд ли могли бы существовать. Во всяком случае им приходилось бы очень часто дышать, непрерывно питаться, все время находиться в быстром движении и при этом кутаться в теплые одежды. Так что для человеческого организма существующие размеры являются не только оптимальными, но и, по сути дела, единственно возможными. Великаны и лилипуты, равно как и всевозможные гномы, дюймовочки и мальчики с пальчик,- все они могут быть только сказочными персонажами.

Почему так прочна скорлупа куриного яйца? Почему стебель злаков соломина) внутри пустой? Почему кости так прочны и в то же время относительно легки? По-