Почему у водных змей сердце находится где-то посередине туловища, у наземных оно смещено чуть ближе к голове, а у древесных — гораздо ближе к голове? Каким образом жирафу удается направлять кровь к голове, не допуская ее скопления в ногах? Как он умудряется избегать нарушения мозгового кровообращения и не падать в обморок, когда на водопое наклоняется к воде? Зауроподы — это динозавры с массивным телом и очень длинной шеей, достигавшей у некоторых видов 9–11 м. Как им удавалось снабжать кровью голову и пить воду?

ОТВЕТ • Когда змея поднимает голову и тянется вверх, ее сердце должно обеспечить ток крови к мозгу, тогда как кровь стремится скопиться в нижней половине ее туловища. Но для водной змеи это не проблема. Давление воды с глубиной увеличивается, а значит, увеличивается и давление на нижнюю половину туловища змеи, и поэтому кровь там не скапливается. Сердце змеи располагается примерно посередине ее туловища: чем выше здесь давление воды и чем оно меньше около головы, тем легче кровеносной системе змеи поставлять кровь мозгу.

Если наземная змея высоко поднимает голову, разность давлений воды ей никак не поможет, и поэтому кровь может скапливаться в нижней части тела, причиняя змее неудобство. Однако наземным змеям повезло: сердце у них расположено не посередине туловища, а ближе к голове. Древесные змеи приспособились еще лучше: их сердце еще больше смещено к голове, а нижняя половина туловища очень плотная, что препятствует скоплению в ней крови. Поэтому такие змеи прекрасно ползают по деревьям, не боясь обморока.

У жирафа с кровотоком еще более серьезная проблема. Из-за того, что его голова находится гораздо выше сердца, кровяное давление должно быть очень высоким. Например, чтобы давление в головном мозге жирафа ростом 4 м оставалось на нужном уровне, а это примерно 90 мм рт. ст., его среднее артериальное давление должно доходить до 250 мм рт. ст. Поскольку ноги жирафа тоже находятся далеко от сердца, очень высокое давление должно было бы приводить к серьезной проблеме из-за скопления в них крови. Однако жирафа выручает строение ног: они у него мускулистые, туго обтянутые кожей наподобие компрессионных чулок. Когда жираф на водопое наклоняет голову, он двигает ею медленно, чтобы кровяное давление успело скорректироваться. Кроме того, чтобы сердце было пониже, он широко расставляет передние ноги. Хотя разветвленная сеть кровеносных сосудов, поставляющих кровь мозгу жирафа, в какой-то мере защищает мозг, неожиданное повышение давления может привести к обмороку и даже к нарушению у него мозгового кровообращения.

У зауроподов, даже если они никогда не поднимали голову на максимальную высоту, вопрос о кровоснабжении мозга стоял еще острее. Вероятно, они двигались медленно, что позволяло регулировать давление. Кроме того, у них было громадное сердце, вес которого достигал 5% веса тела.

В группу динозавров-зауроподов входят, в частности, апатозавры (их еще называют бронтозаврами) и маменчизавры — динозавры с самой длинной шеей, будто сошедшие с картины художника-сюрреалиста. Даже по меркам динозавров это были огромные животные. По-прежнему открыт вопрос — как они могли не то что бегать, но даже ходить. Одно из предположений состоит в том, что они были полуводными животными и большую часть жизни либо плавали, либо просто бродили в воде. Могли ли такие огромные динозавры плавать?

ОТВЕТ • Поскольку нет живых зауроподов и непосредственно наблюдать их образ жизни мы не можем, лучший способ ответить на этот вопрос — построить масштабные модели и посмотреть, смогут ли они плавать. (Отдельная сложная задача — ввести поправку на легкие зауроподов.) Оказалось, что у моделей точка приложения выталкивающей силы несколько смещена назад относительно точки приложения направленной вниз силы тяжести. Подобная модель неустойчива, поскольку момент этих сил будет переворачивать зауропода вперед, пока его шея не погрузится в воду хотя бы частично. Кроме того, он может завалиться на бок. Иными словами, плескаться на мелководье зауроподу не понравилось бы.

Однако если зауропод погрузится в воду по грудь, он сможет передвигаться без проблем. Те из динозавров, у которых передние ноги были длиннее, могли бы, как гондольеры в Венеции, использовать их вместо шеста. В самом деле, удалось найти следы динозавров, указывающие, что они передвигались именно так. Эти следы отличаются от следов динозавров, наступавших при ходьбе на всю ногу, так как при движении «с шестом» динозавр втыкает в грязь концы когтей, а затем вытаскивает их, оставляя узкий желоб с возвышением из выброшенной грязи сзади.

Почему в желудках многих четвероногих, например живущих сейчас крокодилов или ископаемых плезиозавров, находят гастролиты (или желудочные камни), а проще — гальку и камешки?

ОТВЕТ • Долго считалось, что гастролиты необходимы для пищеварения и что животные с их помощью размельчают пищу в желудке. Есть, однако, убедительные доводы за то, что желудочные камни используются для уменьшения выталкивающей силы, благодаря чему животное плывет, почти целиком погрузившись в воду. Так крокодил держится на воде, выставив наружу только глаза и нос, и выслеживает из засады добычу, оставаясь почти неподвижным и невидимым. Кроме того, камни служат крокодилу балластом, уменьшая энергию, необходимую, чтобы противостоять течению, и те же камни помогают крокодилу затащить в воду добычу.

Плезиозаврам, способным достаточно глубоко погружаться в воду, гастролиты тоже служили стабилизирующим балластом. У этих животных легкие, помогавшие им держаться на плаву, располагались за длинной и тяжелой шеей. В неспокойной воде плезиозавры могли легко перевернуться, но с камнями в желудке позади легких сохранить устойчивость было легче.

Почему вблизи твердой поверхности поток жидкости сначала изгибается в сторону поверхности, а затем и прижимается к ней? Этот эффект можно наблюдать даже в кухонной раковине, подставив искривленную поверхность под спокойно текущую из крана воду. Например, подставьте под струю горизонтально стеклянную банку так, чтобы струя сначала ударяла по искривленной поверхности, а затем стекала по одной из ее сторон (рис. 2.16a). Иногда поток прилегает к поверхности так плотно, что, достигнув самой низшей точки, он едва не начинает подниматься вверх по противоположной стороне. Если вы подставите под струю воды стержень, держа его под наклоном, и правильно подберете скорость воды, то струя прижмется к стержню и, прежде чем оторваться, может несколько раз обогнуть его по спирали (рис. 2.16б).

Рис. 2.16 / Задача 2.50. Падающий поток воды наматывается: a) вокруг банки и б) наклонного стержня.