Особенности физиологии белого медведя

Введение
Многие особенности морфологии и физиологии белого медведя отличают этот вид приспособительными характеристиками к суровым погодным условиям, необходимостью длительного пребывания, а иногда и обитания в воде, на льдинах, особенностями питания [4].
Физиологические процессы тесно связаны с морфологическим строением, о котором мы будем более подробно говорить в нашей работе. Актуальность работы обусловлена специфичностью физиологических процессов, которые и сегодня привлекают своей индивидуальностью и научной значимостью многих ученых. Например, одним из специфик метаболизма является факт, что подкожный жир образуется и на внутренних органах, особенно жиреют беременные медведицы перед залеганием в берлогу. Общий вес подкожного жира может превышать у взрослых особей 100 кг., т.е. 40 % от общего веса животного. Таким образом, благодаря обильным жировым отложениям удельный вес тела взрослого зверя составляет меньше единицы, поэтому туши животных не тонут. Следует отметить, что как приспособительный момент, жир при температуре выше 0 имеет жидкую консистенцию, а при отрицательных температурах переходит в твердое состояние. Это характеризуется высоким йодным показателем и низким показателем омыления, что говорит о предельном количестве глицериновых кислот и высокой химической активности обменных процессов [1].
Великолепный белый медведь (ursus maritimus) по сей день является живым символом Арктики. Это один из крупнейших наземных хищников, эволюционно приспособившийся к экстремальным условиям – суровому полярному климату, продолжительной полярной ночи, длительным периодам голодания. Он обладает уникальными способностями: развивает скорость до 40 км/ч на земле и до 6 км/ч в воде. У белого медведя очень чуткое обоняние и слух, т.к. свою излюбленную добычу нерпу, он чует за 800 м, а когда находится на льду, слышит малейшее ее движение [3].
Белый медведь изучен слабо. Это объясняется тем, что он обитает в ненаселенной человеком и труднодоступной для исследователей области земного шара. Если учесть препятствия, которые встречает в Арктике ученый: дрейф льдов, хаотические нагромождения торосов, бесчисленные трещины и разводья между ледяными полями, мороз и метели, полярную ночь, длящуюся почти половину года, - станет ясно, что вести прямые наблюдения за белым медведем в природе трудно, а часто и невозможно. По этой причине скудными остаются сведения о его морфологии и физиологии, о многих особенностях биологии, в том числе о поведении и характере миграций [2].
Белый медведь – это не только уникальный вид наземных позвоночных, основным местом обитания которых являются дрейфующие льдины Арктики, но и отличный объект для исследований и наблюдений того, как может выжить живой организм в таких суровых условиях обитания [5].
Цель работы: изучить особенности физиологии белого медведя.
Задачи:
-провести исследование особенностей физиологического строения белого медведя;
-изучить особенности физиологических процессов, связанных с приспособлением к месту обитания белого медведя;
-изучить научную литературу, материалы проведенных исследований по теме работы.
Предмет исследования: физиология животных.
Объект исследования: физиология белого медведя.
Место обитания белого медведя
Белый медведь – это единственный крупный хищник, обитающий до сих пор в естественных условиях на своей искомой территории обитания. На сегодняшний момент общая численность особей составляет 20-25 тысяч [8].
Белый медведь – это самый крупный наземный хищник. Длина тела самца может достигать 280 см., а высота в холке – до 160 см. Средний вес самца – 400, 600 кг. Самки белого медведя мельче и легче и их вес примерно составляет – 130, 300 кг. Следует отметить, что в период залегания в берлогу («родильный дом»), вес самки может достигать около 500 кг. Белого медведя отличает ряд отличительных морфометрических характеристик:
-длинная шея;
-плоская голова;
-цвет мохового покрова от белого до желтоватого;
-шерсть лишена пигментной окраски;
-полые шерстинки.
Следует отметить взамиодополняемость и взаимосвязь морфологических и физиологических характеристик. Например, исследователями отмечено, что окраска меха, как в основном бытует мнение о белых медведях, варьируется в зависимости от сезона года, возраста и упитанности зверя, а также характера его питания. Меняться она может от белоснежной и светло-желтой, до грязно-желтой, сероватой, а иногда и почти бурой. Чисто-белый мех у медведей бывает чаще всего осенью (после линьки) или зимой. Желтоватый или золотистый мех наблюдается в конце лета, но у упитанных особей может быть уже в начале лета и даже встречается весной. Желтоватый оттенок, по наблюдениям зоологов, появляется у зверей, которые регулярно употребляют в пищу тюлений жир, а серый и бурый встречается у медведей, живущих долгое время на суше. Среди полярников бытует мнение, что у медведей, живущих среди сплоченных льдов мех белее, чем у особей, проводящих большую часть времени у воды. У медвежат мех «самый белый».
В связи с частыми голодовками, вместимость желудка белого медведя свыше 70 кг., печень содержит много витаминов, гораздо больше, чем у других крупных животных.
Молоко у самочек очень густое, имеет запах рыбьего жира и по химическому составу приближено к молоку китообразных и ластоногих.
Уровень метаболизма в отличие от бурого медведя, у белого гораздо выше, обнаружена устойчивая предрасположенность к воздействию низких температур не только за счет терморегуляции, а и благодаря низкой критической температуре. Даже при температуре ниже 50 градусов у белого медведя не происходит большой траты энергии за счет повышенного уровня газообмена [7].
Для головного мозга характерно развитие передних долей больших полушарий, наиболее активное развитие зрительной части головного мозга, наличие небольших обонятельных долей, что отличает его от бурого медведя, хотя слух и обоняние у белых медведей развиты прекрасно.
Глаза белого медведя имеют небольшую форму и светло или желто-коричневую окраску за счет коричневой радужины. Зрение бинокулярное и имеет достаточно большой градус объектива – 180. Угловая протяженность роговицы и высокочувствительная сетчатка глаза позволяют приспособить глаза медведя к круглосуточной активности (дневного и ночного), благодаря этому еще медведь способен отлично воспринимать объекты под водой [6].
Таким образом, даже морфометрическая характеристика белого медведя напрямую связана с суровыми арктическими условиями. Шерсть полностью лишена пигмента и на самом деле она не белая, а прозрачная, т.к. каждая шерстинка внутри полая. «Прозрачные» волоски хорошо пропускают ультрафиолетовые лучи, придавая шерсти высокие теплоизоляционные характеристики, а также отличную маскировку среди снега и льдов. Если медведь «упитан», то жировой слой может достигать до 13 см., это увеличивает шансы животного на выживание и не дает замерзнуть в суровом арктическом климате. Шерсть растет и на подошве лап, что помогает ему на льду уверенно передвигаться и не скользить, а перепонки между пальцами – быстро и метко плавать. Медведь ложится на живот и скатывается по льду, используя задние лапы для торможения в нужный момент.
Благодаря описанным характеристикам, медведь защищен и приспособлен к аномально суровым арктическим условиям.
Проведённые за последние два-три десятилетия исследования [8]в различных частях ареала вида свидетельствуют о том, что изменение ледяного покрова при потеплении климата приводит к каскаду неблагоприятных изменений важнейших показателей жизненного цикла белых медведей (Derocher et al., 2004; Wiig et al, 2015). В частности, оно будет сопровождаться сокращением доступности видов-жертв. Возрастёт риск разрушения (таяния) родовых берлог в аномально тёплые зимы. Низкие жировые запасы у самок приведут к увеличению выводков с одним медвежонком и меньшим их числом в целом, а доля недоношенных, мелких медвежат с низкой выживаемостью возрастёт. Недостаточно накопленные жировые запасы, а также неблагоприятные условия для охоты в начале весны после покидания берлог могут привести к росту смертности медвежат. В конечном итоге, изменения важнейших параметров жизнедеятельности белых медведей приведут к ухудшению физиологического состояния животных, уменьшению выживаемости медвежат и старых особей, падению численности популяций. Именно поэтому так важно продолжать исследования этих удивительных животных, находящихся сегодня, к сожалению, на грани исчезновения [7].
Особенности физиологии белого медведя
Физиологический процесс работы всех органов и систем органов белого медведя является схожим с другими представителями класса млекопитающих. Особый интерес представляет лишенный пигмента волосяной покров, благодаря которому медведю легче скрываться от потенциальных жертв, а также отражать лишнюю солнечную энергию [3].
У белого медведя уровень метаболизма достаточно высок. Обнаружена необычайная стойкость к воздействию низких температур не только за счет его совершенной терморегуляции, но и благодаря наличию низкой критической температуры. Даже при -50° у белого медведя не происходит заметного повышения уровня газообмена, т.е. не происходит возникновения необходимости в использовании физиологического («химического») механизма терморегуляции, который связан с большим расходованием энергии. Отдельного упоминания в контексте нашей работы заслуживает система выделения, которая в отличие от выделительной системы большинства млекопитающих не ориентирована на скорейшее выведение всех азотистых соединений. Белый медведь способен задерживать время справления малой нужды до 15-24 часов.
Для головного мозга белого медведя характерно умеренное развитие передних долей больших полушарий, а также большее развитие зрительной области при наличии менее объемистых обонятельных долей. Это позволяет предположить, что у белого медведя более совершенное зрения, но зато более слабого обоняние. Вообще головной мозг этого животного заметно отличается от мозга других хищных как своими очертаниями, так и более сложной топографией борозд и извилин больших полушарий. В этом отношении головной мозг белого медведя сходен с мозгом представителей отряда ластоногих, например гренландского тюленя и морского котика [4].
Глаза белого медведя небольшие, светло- или желто-коричневые (за счет коричневой радужины). Зрение - бинокулярное, величина достаточно большая и составляет около 180°. Горизонтально-овальная форма роговицы и зрачка увеличивает монокулярное поле зрения белого медведя. Угловая протяженность роговицы около 105°, что свидетельствует о приспособлении глаза белого медведя к круглосуточной подвижности, активности. Сетчатка белого медведя не обладает высокой светочувствительностью. Это тоже свидетельствует о сочетании признаков, характерных как для ночного, так и для дневного типа зрения, а также относительно высокой способностью к восприятию объектов под водой.
Пищеварительный тракт белого медведя имеет тоже свои физиологические особенности: у него укорочена, например, длина кишечника, которая может свидетельствовать о сравнительно плохой способности зверя к перевариванию крахмала. Велика вместимость желудка белого медведя (свыше 70 кг корма) подтверждает способность белого медведя часто голодать и переживать продолжительные периоды голодовки [4].
Метаболизм витамина А, который организм белого медведя, особенно его печень, накапливает в очень больших количествах является так же яркой физиологической особенностью этого вида животных. Такой печенью человек даже может отравиться при употреблении. Для жира, находящегося в печени белого медведя, характерно очень высокое содержание жирных кислот, при относительно низком содержании фосфолипидов и холестерина.
Физиология беременности самочек тоже представляет немаловажный научный интерес. Беременность медведиц, по наблюдениям в неволе, длится около 8 месяцев. Однако сроки ее могут существенно варьироваться от 220, даже - 195 до 250-262 дней. По-видимому, различия в сроках беременности можно объяснить наличием в ней латентного периода - развития эмбрионов не сразу после оплодотворения медведицы, а лишь незадолго до залегания ее в берлогу (возможно, даже в берлоге). В таком случае можно допустить, что оплодотворение самок происходит в период не только весеннего, но и летнего гона. Эта физиологическая особенность выработалась у белых медведей, по-видимому, вследствие того, что возможности встречи зверей неопределенны и подвержены малой вероятности[2].
Молоко у самок очень густое, имеет запах рыбьего жира. Химически содержит (в %) 44,1 сухого вещества, 1,17 золы, 31 жира, 13 сухого вещества (без жира), 0,49 лактозы и 10,2 протеина. По своему составу и чрезвычайно высокой жирности оно приближается к молоку ластоногих и китообразных.
При рождении медвежата родятся маленькими, беспомощными, слепыми, глухими и покрытыми редкой шерстью (5-6 см). Темная пигментация наблюдается на носу (кончике), а вот подушечки лап имеют розовую окраску. Пигментация кожи на носу, век и лап закачивается у медвежат к концу первого месяца и уже приобретает заметную окраску. На 30 и 31 день (примерно) у медвежат открываются глазки, но зрительная ориентация устанавливается окончательно только лишь дней через 40.
К пяти месяцам у медвежат заканчивает формироваться пигментация полости рта и языка. Начиная от 2 до 5 месяцев когти утолщаются, укорачиваются и становятся тупыми [3,7].
Приблизительно уже на 30-й день жизни, у медвежат наблюдается самая настоящая линька, которая длится 5-6 месяцев. После окончания линьки шерстка приобретает более грубый и блестящий мех.
В месячном возрасте детеныши медведей все еще беспомощные, а в возрасте полутора месяцев начинают ползать по логову, около двух уже держаться на ногах, выползать из логова и затевать игрища.
Таким образом, проведя исследование особенностей физиологии белого медведя, следует отметить, что сведения, касающиеся физиологии белого медведя в настоящий момент являются скудными, изученными недостаточно из-за труднодоступности исследования этого вида в живой природе. Многие сведения о физиологических процессах, в отличие от морфологических, приведены благодаря наблюдениям в неволе.
Особенности физиологических процессов, связанных с приспособлением к месту обитания белого медведя.
Перечислим основные морфо - физиологические особенности строения белых медведей, позволяющие им жить в суровых условиях Арктики:
-благодаря густому подшерстку и полым остевым волосам мех хорошо держит тепло, защищая белого медведя от холода и солнечного излучения как на суше, так и в воде;
-сальная смазка волос препятствует их намоканию, поэтому хорошо отряхнувшийся после плавания медведь быстро становится сухим;
-черная кожа поглощает и накапливает тепло;
-длинные, полые внутри и прозрачные (без пигмента) остевые волосы, отражая свет выглядят белыми, незаметными;
-жировой слой толщиной до 11 см служит запасом энергии, теплоизолятором и улучшает плавучесть (Рисунок 1);
-передние конечности белого медведя мощнее задних, тогда как задние конечности длиннее передних. Во время плавания медведь гребёт передними лапами, а задние лапы дают толчок и управляют направлением движения;
-стопы, за исключением черных подошвенных подушечек, покрыты мехом, позволяя не только свободно передвигаться по льдинам, но и поддерживать постоянство температуры тела;
-объемистый желудок способен переварить большое количество жирного корма, оставляя «про запас»;
-медленное передвижение (примерно 4 км/ч) обеспечивает экономное расходование энергии.
-длинная морда и шея способствуют поимке тюленей в снежных норах и в лунках во льду, кроме того, они удлиняют путь прохождения воздуха в легкие, благодаря чему он успевает согреться, поддерживая внутренний метаболизм;
-глаза имеют мембрану (третье веко), защищающую их от яркого солнца;
-маленькие округлые уши сокращают потери тепла;
-у белого медведя тонкое обоняние;
-при нырянии ноздри закрываются. Медведь может пробыть под водой до трех минут.
Рис.1-Расперделение подкожного жира (в мм.)
Таким образом, в условиях низких температур среды при сохранении активности в течение круглого года большое значение приобретает совершенный механизм внутренних физиологических процессов белого медведя. Термоизоляционные качества меха белого медведя относительно невысоки, следовательно, адаптация белого медведя к низким температурам основана на глубоких тканевых – физиологических и биохимических – приспособлениях. В поддержании устойчивой температуры тела животного, особенно при длительном пребывании его в холодной воде, очевидно, имеет значение повышенный уровень метаболизма наряду с относительно невысокой внутренней температурой. В ледяной воде у белого медведя устанавливается «тепловое равновесие со средой» и он может плыть очень долго с малой тратой энергии. Нельзя, наконец, не отметить, что в механизме терморегуляций белого медведя известную роль играют также особенности его поведения. Например, в холодную погоду отдыхающий белый медведь сворачивается клубком, пряча наименее защищенные от холода части тела, в жаркую погоду он ложится на спину брюхом вверх [5].
Заключение
Особенности физиологии белого медведя тесным образом связаны с морфологией и адаптациями этого удивительного животного. Ученых исследователей привлекает изучение путей и форм адаптации организмов к обитанию «на пределах жизни», в суровых экстремальных условиях, таких, как арктическая пустыня. Из-за суровости и порою невозможности проведения исследований белые медведи все же представляют интереснейшую биологическую проблему, с давних пор привлекающую внимание многих естествоиспытателей по исследованию Арктики.
Белый медведь сегодня является одним из наиболее характерных и, быть может, совершеннейших представителей фауны Арктики, представляя решение этой проблемы исследования как наиболее яркая «модель». Уровень современной изученности этого вида еще недостаточно высок и требует исследований. Однако уже сейчас вполне очевидно, что, недавно обособившись от общего с бурым медведем предка, он приобрел особые, индивидуальные соответствующие требованиям среды, специфические особенности физиологии и морфологии.
Белый медведь, являясь «живым» символом Арктики, привлекает сегодня внимание исследователей не только характером и глубиной своих морфологических особенностей, интерес вызывают именно физиологические процессы, позволяющие белому медведю успешно адаптироваться к суровым арктическим условиям обитания. Нет сомнения, что белому медведю помимо важной роли в жизни арктических биоценозов принадлежит важная роль в «обучении» человека по умелому, «равновесному» жизнеобеспечению в суровом климате. Исследования в этом направлении представляют как общебиологический, так и практический интерес.
На сегодняшний день белый медведь отнесен к редким и исчезающим видам позвоночных животных, занесен в Красную книгу, охраняется не только в России, но и в других странах.
Список литературы
Беликов С.Е. Численность, распределение и особенности строения берлог самок белого медведя на модельном участке на о. Врангеля // Белый медведь и его охрана в Советской Арктике. М.: ЦЛОП, 1977. С. 19-33.
Беликов С.Е. Белый медведь российской Арктики // Наземные и морские экосистемы. М.; СПб.: Paulsen, 2011. С. 263-291.
Горбунов Ю.А., Беликов С.Е. Наблюдения за морскими млекопитающими и белым медведем в Арктическом бассейне // Морские млекопитающие Голарк-тики: Матер. Пятой междунар. конф. (Одесса, Украина, 14-18 октября 2008 г.) Одесса, 2008. С. 220-222.
Красная книга Российской Федерации (животные). М.: Астрель, 2001. 860 с.
Оценка численности белых медведей (Ursus maritimus) в Баренцевом море с использованием метода линейных трансект / И. Аарс, М. Андерсен, С.Е. Беликов и др. // Морские млекопитающие Голарктики: Матер. Третьей междунар. конф. (Коктебель, Крым, Украина, 11-17 октября 2004 г.). М., 2004. С. 19-20.
Российско-норвежские исследования по белому медведю / А. Дерочер, С.Е. Беликов, А.Н. Болтунов и др. // Морские млекопитающие Голарктики: Тез. докл. Второй междунар. конф. (Байкал, Россия, 10-15 сентября 2002 г.). М., 2002. С. 91- 93.
Стратегия сохранения белого медведя в Российской Федерации. [электронный ресурс] URL:https://wwf.ru/upload/iblock/129/pb_strategy_rus.pdf (дата обращения 11.12.20 г.)
Статья. Белый медведь, где живут, как размножаются.[ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС] URL: https://www.kp.ru/guide/belyi-medved.html (дата обращения 11.12.20 г.)