Приспособление живых организмов к низким температурам. Правила Бергмана и Аллена Практическая работа   Для выполнения практической работы Вам потребуется калькулятор (Пуск - Программы - Стандартные - Калькулятор) и текстовый файл для записи ответов, который Вы сохраните на жестком диске своего компьютера. Рекомендуем воспользоваться этим текстовым файлом. Базовое напоминание: По способности поддерживать температуру тела все животные делятся на:

Экологические правила:

• Правило Бергмана
• Правило Аллена

Правило Бергмана

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

Условия, при которых соблюдается.
    - Животные гомойотермные.
    - Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида). Примечание
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.
Математическая модель. Представим себе двух животных, имеющих тело в виде правильных кубов со сторонами а у первого и 2а - у второго животного.

	S1 = 6 a2		S2 = 6 (2a)2 = 24 a2
	V1 = a3		V2 = (2a)3 = 8 a3
	T1 = V1 /  S1 =   a3/ 6 a2 = a / 6		T2 = V2 /  S2 =  8a3/ 24 a2 = a / 3

Таким образом, отношение V /  S (фактически - отношение теплопродукции к теплоотдаче!) у второго животного в два раза выгоднее для условий, где теплопродукция должна быть больше, чем теплоотдача (т.е. для холодного климата).

Применение правила. Самые крупные наземные животные - слоны, бегемоты и носороги - обитают, как известно, не в холодных, а в весьма теплых климатических зонах. Соблюдается ли в этом случае правило Бергмана? Какие проблемы, связанные с терморегуляцией, возникают у этих животных, и как они эти проблему решают?  (Если есть необходимость, можете воспользоваться фото-подсказкой. Запишите ответ в текстовый файл.)

Правило Аллена
  (к правилу Бергмана)

Правило. 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.
Иллюстрация.

Песец

Обыкновенная лисица Справа - фенек

Условия, при которых соблюдается.
    - Животные гомойотермные.
    - Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида). Примечание
Суть правила. 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.
Математическая модель. Представим себе двух животных, имеющих тело, образованное правильными кубиками со стороной а.

(Ответы запишите в текстовый файл. Подсчет Т с точностью до 3 знаков после запятой.)
Подсчитаем, сколько (в процентах) тепла сэкономит первое животное по сравнению со вторым:
T_% = (Т₂  - Т₁)/  Т₂ * 100% =   ...
(Ответ также запишите в текстовый файл.)
 

Применение правила.  
1. Вернемся к слонам и бегемотам. Как Вы думаете, почем у африканского слона большие уши? Как увеличивают теплоотдачу индийский слон и бегемот?  (Если есть необходимость, можете снова воспользоваться фото-подсказкой. Запишите ответ в текстовый файл.)
2. Взрослый европеец ростом 182 см весит 81 кг. У взрослого пигмея в африканском лесу рост 156 см и вес 49 кг. Найдите отношение теплопродукции к теплоотдаче, если теплопродукцию будем считать пропорциональной массе тела, а теплоотдачу - площади поверхности, которую вычисляем по эмпирической формуле 

me = ...	mp = ...
Se = ...	Sp = ...
Te = me /  Se =   ...	Tp = mp /  Sp = ...

(Ответы запишите в текстовый файл. Подсчет Т с точностью до 5 знаков после запятой.)
Подсчитаем, сколько (в процентах) тепла сэкономит европеец по сравнению с пигмеем в зимних  условиях:
T_% = (Т_e  - Т_p)/  Т_e * 100% =   ...
Какое правило соблюдается  (или не соблюдается) в задаче? (Ответ также запишите в текстовый файл.)
3. Почему тундровые растения гораздо мельче своих собратьев из умеренного пояса - в отличие от животных? (Кстати, растения - гомойотермные организмы или пойкилотермные?) (Ответы запишите в текстовый файл.)

Примечание. Это условие вводится потому, что интенсивность обмена веществ (а значит, и теплопродукции) на единицу объема тела не одинакова у разных видов. Так, мелкие животные (например, грызуны) имеют более интенсивный обмен веществ, чем крупные (например, копытные). К правилу Бергмана, Аллена; Ответы