Королевский инкубатор

Вспомните, как устроено наседное пятно у птиц.

Какие еще участки тела птицы голые и густо пронизаны кровеносными сосудами?

Корольки строят гнезда в форме глубокой корзинки из зеленого мха, перемешанного иногда с лишайниками и скрепленного паутиной вместе с коконами пауков (см. картинку дня Яйца и коконы пауков). Лоток (внутренняя часть гнезда) выстилают шерстью, перьями и конским волосом. Получается очень теплое гнездо, безусловно помогающее в развитии яиц. Однако этого недостаточно, чтобы поддерживать постоянную температуру яиц на уровне 37 градусов.

Самка королька на гнезде. Фото © Mark Hope с сайта flickr.com, Великобритания, 29 мая 2018 года

У королька, как и у многих других птиц, есть наседное пятно — голый участок кожи на груди и брюшке, густо пронизанный кровеносными сосудами, которым птица обогревает кладку. Однако его хватает только на обогрев нескольких яиц. И пока самка их будет греть, остальные успеют остыть. Но выход есть.

Тайну стратегии насиживания у желтоголового королька раскрыла немецкий этолог Эллен Талер-Котек. Далее я процитирую, что об этом пишет орнитолог Тим Бёркхед (Tim Birkhead) в своей замечательной книге «Самая совершенная вещь на свете»:

«Наблюдая за этими птицами в неволе с близкого расстояния, она заметила, что когда самка королька покидала на время кладку, ее ноги выглядели ярко-красными, а не коричневато-желтого цвета, как, скажем, во время поисков пищи и в тот момент, когда она возвращалась в гнездо, примерно через десять минут. Эллен предположила, что покраснение ног указывает на усиление притока крови к ним и на повышение их температуры. Она использовала термометр высокой точности и измерила температуру ног насиживающего королька. Она составляла у самки в гнезде 41 градус. Но через десять минут после покидания кладки 36 градусов. Усиленный приток крови проходит через ноги, что дает дополнительное тепло всей кладке яиц.

В ходе насиживания самка осторожно перебирает ногами, одновременно поворачивая яйца и регулируя распределение тепла между ними. Лишь у немногих других птиц лапы играют столь важную роль в высиживании яиц, но у большинства видов ноги и лапы устроены так, чтобы избегать потерь тепла».

Кроме желтоголового королька такая удивительная способность обнаружена также у его близкого родственника красноголового королька (Regulus ignicapilla). Кроме того, олуши и некоторые пеликаны греют яйца перепонками своих лап. Правда, у них нет наседного пятна, в отличие от королька. Но и кладки небольшие, обычно 1–2 яйца.

Голубоногая олуша насиживает кладку из двух яиц. Фото © kuhnmi с сайта flickr.com, остров Симор, Галапагосские острова, 16 апреля 2019 года

Ноги птиц густо пронизаны кровеносными сосудами. Они формируют так называемый противоточный теплообменник, который позволяет при надобности делиться теплом с окружающей средой или, наоборот, удерживать тепло внутри тела. У воробьинообразных, к которым относится и королек (а также у чаек, куликов, гагар), этот теплообменник устроен таким образом, что одна-две артерии окружены плотным кольцом сопровождающих вен. А у гусеобразных (например, кряквы), курообразных, фламинго, сов или пингвинов вены и артерии разветвляются на множество мелких сосудов, формирующих сеть (rete tibiotarsale, по аналогии с rete mirable — чудесной сетью, которая есть у многих позвоночных в разных органах).

Благодаря теплообменнику в лапах птицы могут спокойно стоять подолгу на снегу или льду. На фото — лапки кряквы. Фото Юлии Михневич

Когда тепло нужно отдать, например для обогрева яиц, как делает королек, либо чтобы охладиться в жару, кровь от лап течет в тело, минуя теплообменник, по находящейся рядом поверхностной вене. Ее диаметр увеличивается, и тепло отдается в окружающее пространство.

Если тепло нужно сохранить, кровь течет по теплообменнику. На уровне голени кровеносные сосуды обмениваются теплом — артерии, несущие теплую кровь от тела, отдают тепло венам, несущим холодную кровь от ног обратно в тело. Благодаря этому ноги остаются относительно холодными и не отдают тепло во внешнюю среду, а в тело возвращается относительно теплая кровь и не охлаждает его. Зимой температура лап птицы на один-два градуса выше нуля, независимо от окружающей температуры, это помогает снизить до минимума потери тепла и избежать обморожения. Исследования показали, что у чайки, лапы которой находились два часа в ледяной воде, потеря тепла через кожу лап составляет всего 1,5% от общей теплопродукции организма. Удивительно, что лапы при этом не немеют — нервы продолжают функционировать, и ткани тоже не замерзают.

Однако если температура окружающей среды слишком низкая, ноги пора немного согреть. Тут на первый план снова выходит поверхностная вена — когда нужно согреть лапы, по этой вене к ним течет немного теплой крови.

Схема теплообменника в лапах птицы. Рисунок с сайта naturalistsmiscellany.wordpress.com

Кстати, у нас с вами в руках и ногах тоже происходит некоторый теплообмен между главными артериями и прилегающими крупными венами, расположенными в глубине тканей. Когда холодно, большая часть венозной крови возвращается по этим венам, когда тепло — идет по поверхностным венам, избегая теплообмена с артериальной кровью.

Развитые теплообменники есть и в подушечках стоп у других млекопитающих — песцов, волков, домашних собак и кошек. У собак и кошек в дерме (глубоком слое кожи) подушечек стоп есть соединения между артериями и венами — артериовенозные анастомозы. При отрицательных температурах анастомозы расширяются, и теплая кровь артерий, минуя теплообменник, попадает в подкожное венозное сплетение. Подушечки остаются холодными, чтобы через них не уходило тепло и лапы не мерзли. Когда же слишком жарко, анастомозы сужаются, и кровоток в подкожные вены сводится к минимуму, кровь идет в поверхностные капилляры, которые легко отдают тепло наружу. У кошек не так много артериовенозных анастомозов в подушечках, как у собак, поэтому они чаще мерзнут и простужаются. Котики-то ведут свой род от степного кота, живущего в теплом климате Ближнего Востока, а собаки — от волка из более суровых климатических условий.