Почему черепахи долго живут кратко
Обновлено: 03.07.2024
Черепахи давным давно завоевали себе славу долгожителей. Как же так получается, что эти пресмыкающееся, славящиеся своей медлительностью, живут так долго? Может, дело именно в неспешности? Давайте вместе выяснять секрет долголетия этих интереснейших животных.
Персидскому философу и поэту Омару Хайяму принадлежат замечательные строки:
Кто понял жизнь, тот больше не спешит,
Смакует каждый миг и наблюдает,
Как спит ребёнок, молится старик,
Как дождь идёт и как снежинки тают.
Возможно ли, что черепахи обладают каким-то скрытым философским отношением к жизни и именно поэтому так долго живут? Эти загадочные животные, над происхождением которых до сих пор спорят учёные, так медленно двигаются, так долго всматриваются вдаль, что кажется, действительно, им доступны секреты мироздания. Однако это не так.
Несмотря на их необычный ящероподобный вид, своему долголетию они обязаны не мудрости, накопленной за миллионы лет эволюции (и даже неспешность тут не при чём), а биологии. Именно черепашье строение тела и его размеры отвечают за завидную продолжительность жизни этих пресмыкающихся.
Коварный метаболизм
Любое существо своей жизнью обязано протекающим в его теле химическим процессам. Вещества постоянно вступают в реакции, превращаются друг в друга. Активность живого существа, количество требуемой пищи, продолжительность сна и время активного бодрствования напрямую зависят от скорости обмена веществ — метаболизма.
Логично, что существа с быстрым обменом веществ активны, так как они энергичны и постоянно находятся в поисках пищи. Однако и сон для таких активных животных очень важен. Побочные токсичные продукты работы нейронов аккумулируются в их мозге намного быстрее, чем у крупных животных. Сон помогает избавляться от этих вредных веществ. Поэтому мелкие грызуны могут находиться в царстве Морфея до двадцати часов в сутки, а такие великаны, как слоны — всего два-четыре часа в день.
Крупные позвоночные животные, которые не могут похвастаться ускоренным метаболизмом, обладают большой продолжительностью жизни. Чемпионами-долгожителями среди позвоночных заслуженно стали слоны, киты и галапагосские черепахи (др. название — слоновые черепахи — крупнейший вид сухопутных черепах, существующих на сегодняшний день).
Быстрый метаболизм — быстрое старение
Но почему же животные с медленным обменом веществ живут дольше, чем существа с быстрым? Ведь, казалось бы, активность, энергия, быстрые пищеварительные процессы должны положительно отражаться на жизни животного.
Но всё же, тридцать лет — не очень долгая жизнь по сравнению с долголетием крупных животных, которые намного сильнее подвержены повреждениям, заболеваниям и старению. Если учесть все особенности организма голых землекопов, можно сделать вывод, что они практически бессмертны. И тогда конец жизни этих грызунов может настать только при несчастном случае или нападении хищника. Однако, как показывает практика, эти грызуны умирают сами по себе, и не обязательно вследствие негативных факторов.
Смена поколений
Крупные животные приносят потомства меньше, чем существа небольших размеров. Например, слониха за всю свою жизнь может произвести на свет, в среднем, до 12 детёнышей, тогда как самка голого землекопа лишь за один помёт приносит от 12 до 27 грызунов (а таких помётов в году может быть пять).
Жизнь крупных животных протекает медленнее, поэтому и жить им нужно дольше, чтоб успеть сделать всё то же, что делают более мелкие существа.
Пойкилотермия (холоднокровность)
Мы знаем, что у черепах медленный метаболизм, и видим, что они медлительны, но как ощущают происходящее сами черепахи? Так ли медленна и для них реальность?
Любопытно, но именно скорость метаболизма связана с ощущением субъективного времени. Чем быстрее обмен, тем медленнее воспринимается действительность. Степень скорости восприятия субъективного времени можно узнать, установив минимальную частоту вспышек света, при которой свет воспринимается субъектом как непрерывный. Такой параметр называется критической частотой слияния мельканий (КЧСМ).
Критическая частота слияния мельканий
Чтобы установить критическую частоту слияния мелькания у существ, нужен специальный прозрачный барабан (соотносящийся с размерами существа) с вертикальными тёмными полосами на стенах. Снаружи одного барабана размещают ещё один барабан, способный вращаться с разной скоростью. Оба барабана ярко освещены.
Когда второй барабан начинает вращаться, животному, находящемуся в первом прозрачном барабане, кажется, что всё помещение вращается. Соответственно, любое животное начинает двигаться так, чтобы устоять на этом движущемся полу (либо в движущейся воде, в течении).
С убыстрением вращения второго барабана, на определённой частоте существу перестаёт казаться, что помещение вращается, и оно прекращает пытаться сохранить равновесие. На самом деле вращение барабана не прекращается, просто для этого животного достигнута конкретная частота мельканий, когда вертикальные полосы на стенах слились и стали незаметны. Это и есть искомая КЧСМ.
Всё в мире относительно. Своей долгой жизнью черепахи обязаны замедленному метаболизму. Он не только притормаживает процессы в организме, но и влияет на восприятие действительности этой рептилии. Человек же обладает более быстрым обменом веществ, чем черепаха, поэтому его субъективная реальность более динамичная. Лишь в нашем представлении черепаха двигается медленно и живёт долго, в её собственном мире это не такие уж и рекордные показатели.
Если ответить совсем коротко, то черепахи живут долго, потому что они а) холоднокровные и б) большие. Поясним эти два ответа.
Жизнь поддерживается химическими реакциями. Чтобы существо оставалось живым, химические вещества в нем постоянно должны превращаться друг в друга, или, как еще говорят, обмениваться. Скорость этих превращений, или обмена веществ, напрямую связана с тем, насколько активным может быть животное, сколько пищи ему нужно употреблять, сколько ему нужно спать и сколько оно проживет.
Скорость обмена веществ зависит от размера животного. У маленьких животных поверхность тела большая относительно объема, а с увеличением размера животного площадь поверхности растет медленнее, чем его объем. Например, у слона на 1 кубический сантиметр объема тела приходится примерно 0,03 квадратных сантиметров поверхности тела, а у хомячка — целых 0,6, то есть в 20 раз больше. Через эту большую поверхность улетучивается тепло, которое хомячок старательно вырабатывает, поэтому хомячку приходится есть и сжигать намного больше питательных веществ в расчете на единицу массы тела, чем слону. Обмен веществ хомячка с неизбежностью идет быстрее, потому что он много ест и вырабатывает много тепла, а от переработанной пищи быстро избавляется и немедленно поглощает новую.
Животные с быстрым обменом веществ более активные (когда не спят), потому что у них вырабатывается много энергии и потому что им всё время нужна новая пища. При этом им нужно больше спать, из-за того что в их мозге быстрее накапливаются токсичные побочные продукты работы нейронов, для избавления от которых, по-видимому, необходим сон. Если мелкие грызуны спят до 20 часов в сутки, то слоны — всего 3–5 часов.
Позвоночные животные с медленным обменом веществ (то есть крупные животные) живут дольше животных с быстрым обменом веществ — это известная закономерность. Рекордсмены по продолжительности жизни среди позвоночных — это киты, слоны и галапагосские черепахи, тоже довольно крупные и растущие, по-видимому, в течение всей жизни.
Почему с медленным обменом веществ можно прожить дольше, чем с быстрым, это не такой простой вопрос. Ответ как-то связан с накоплением повреждений и старением, которые происходят быстрее у животных с быстрым обменом веществ, но не совсем напрямую. К примеру, мелкие грызуны голые землекопы знамениты своим отсутствием признаков старения и устойчивостью к раку (который может возникать из-за самых разных повреждений). Но даже без старения и с замечательной устойчивостью к повреждениям эти животные живут не дольше 30 лет. Это намного больше, чем средняя продолжительность жизни у других животных такого размера (которая составляет около двух лет), но все-таки существенно меньше средней продолжительностей крупных животных, которые при этом не свободны от старения. В теории, голые землекопы могли бы жить до тех пор, пока их кто-нибудь не съест или с ними не произойдет какой-то другой несчастный случай, но все-таки иногда они умирают, не дожив до этого.
Разумнее всего выглядит предположение о балансе рождений и смертей, который должен поддерживаться в популяции. В какой-то момент любая особь должна погибнуть, чтобы освободить жизненное пространство для нового, более приспособленного поколения. Но она должна делать это в определенный момент, сообразный с ее скоростью размножения. У животных с быстрым обменом по сравнению с остальными жизнь проходит как будто в ускоренной съемке — они проживают ее быстрее, но и более активно, оставляя большое количество потомков за достаточно краткий срок. Поэтому они быстро справляются со своей задачей участников популяции и быстро же освобождают место для нового поколения. Слоны или другие крупные животные размножаются намного реже мелких животных и приносят меньше потомства. Их жизнь как бы замедлена, так что им необходимо жить дольше, чтобы всё успеть.
Точно так же замедлена жизнь у холоднокровных животных по сравнению с теплокровными. Холоднокровные животные не тратят ресурсов на поддержание постоянно высокой температуры и тела, а значит, и высокой скорости обмена. Поэтому скорость обмена у них такая, как повезет: если ящерица погреется на солнышке, она будет активнее, а если нет, то ей придется немного замедлиться. Но в среднем скорость обмена веществ у холоднокровных животных всегда ниже, чем у теплокровных, потому что и солнечно бывает не всегда, и нагреться на солнце до таких температур тела, как у млекопитающих или птиц, обычно нелегко. Поэтому жизнь холоднокровных животных еще более замедлена, чем у теплокровных.
Черепаха — холоднокровное животное, и черепахи действительно живут довольно долго. А вот большие черепахи — жители Галапагосских островов, совмещают замедленность обмена крупных животных и холоднокровных животных. Такое удачное сочетание позволило им поставить рекорд среди позвоночных животных (если брать хорошо задокументированные свидетельства) — 177 лет жизни.
Но черепахам не стоит завидовать, потому что, как уже говорилось, их скорость метаболизма отличается от нашей. Скорость метаболизма связана с ощущением субъективного времени: чем она выше, тем медленнее в восприятии животного меняется мир вокруг. Эту скорость индивидуального времени можно узнать, измерив минимальную частоту вспышек света, начиная с которой свет начинает восприниматься как непрерывный, — так называемую критическую частоту слияния мельканий (КЧСМ).
Как изучают критическую частоту слияния мельканий (КЧСМ) у животных
Животное помещают внутрь прозрачного барабана с вертикальными темными полосками на стенках. Снаружи помещают еще один такой же барабан, который может вращаться с нужной скоростью. Конструкция освещается ярким источником света.
Аппарат для измерения критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) у ящериц. Изображение из статьи T. A. Jenssen, B. Swenson, 1974. An ecological correlate of critical flicker-fusion frequencies for some Anolis lizards
За счет вращения наружного барабана относительно внутреннего у животного создается ощущение, что оно попало во вращающееся помещение, и оно делает движения, как бы пытаясь устоять на вращающемся полу (или, если эксперимент проводится на рыбах, они делают движение, как будто попали во вращающееся течение). Но начиная с какой-то частоты вращения барабана животное перестает замечать мелькания полосок на стенках барабана и перестает вести себя так, как будто попало во вращающуюся комнату. Соответствующая частота и есть критическая частота слияния мельканий для исследованного животного.
У человека это число в среднем равно 60 вспышкам в секунду, а у черепахи — 15. Это означает, что по ощущениям черепахи время идет в 4 раза быстрее, чем для человека: за время, за которое человек успевает заметить 4 мелькания, черепаха может заметить только одно.
Легче это представить на примере с мухами, у которых КЧСМ в 4 раза больше, чем у людей, 240 мельканий в секунду. Человеку кажется, что он быстро замахивается на муху газетой, но для мухи его движение выглядит очень медленным, поэтому по ней почти невозможно попасть. А снаружи все выглядит наоборот — животное, которому кажется, что время быстро летит, движется медленно.
То есть 177 лет для черепахи — это не так уж много.
Так что первое, что можно извлечь из этой истории, — что черепахам не стоит завидовать. Второе, немного менее очевидное, — что уменьшение калорийности пищи может увеличить продолжительность жизни. Действительно, чем больше питательных веществ мы перерабатываем, тем выше метаболическая нагрузка на наш организм. Она не проходит бесследно, особенно у тех животных, которые, в отличие от голых землекопов, и стареют, и не обладают невероятной устойчивостью к повреждениям. Особенно обидно перерабатывать лишние калории, которые большинству современных людей, ведущих сидячий образ жизни, не нужны. Эксперименты по ограничению калорийности пищи проводились на мышах и крысах, а также некоторых рыбах и обезьянах, и дали неплохие результаты. У мышей, например, среднюю и максимальную продолжительность жизни удавалось увеличивать на 30–50%, уменьшая калорийность диеты на 55–65% (C. M. McCay, Mary F. Crowell, and L. A. Maynard, 1935. The Effect of Retarded Growth Upon the Length of Life Span and Upon the Ultimate Body Size: One Figure).
Черепахи хоть и медленные, но живут довольно долго, чтобы понянчить своих праправнуков. Как им это удается?
Люди живут больше множества животных. Зачастую это печально, ведь наши домашние животные уходят на тот свет, как правило, раньше нас. Но если вы заведете гигантскую черепаху (вряд ли, конечно), можете не переживать — она сможет увидеть еще несколько поколений ваших потомков. Но что позволяет этим животным жить так долго?
Эволюция
На этот вопрос существуют два ответа: эволюционный и биологический. Эволюционный ответ относительно прост: такие животные, как змеи и еноты, любят есть черепашьи яйца. Чтобы передать свои гены, черепахам приходится долго жить и часто размножаться, иногда несколько раз в год — и откладывать много яиц. На самом деле черепахи производят так много потомства за свою жизнь, что могли бы заполонить всю Землю.
Биология
Биологический ответ на этот вопрос немного сложнее. Один из ключей к долголетию черепах лежит в их теломерах — структурах , состоящих из некодирующих оснований ДНК, которые находятся на концах хромосом. Эти структуры помогают защитить хромосомы при делении клеток. Со временем теломеры становятся короче, а это значит, что они больше не могут защищать свои хромосомы, что приводит к проблемам с репликацией ДНК. Ошибки в репликации ДНК, в свою очередь, могут привести к таким проблемам, как опухоли и гибель клеток.
Но черепахи демонстрируют более низкую скорость укорочения теломер по сравнению с короткоживущими животными. Это означает, что они более устойчивы к определенным видам генетических повреждений, которые могут возникнуть из-за ошибок репликации ДНК. Ученые еще не до конца изучили факторы, которые связаны с этим эффектом, но у исследователей уже есть несколько догадок.
Во всем виноват апоптоз?
В статье, опубликованной на сайте препринтов bioRxiv, которая еще не была рецензирована, команда ученых исследовала ряд механизмов и веществ, которые приводят к повреждению и гибели клеток, и посмотрела, как реагируют клетки нескольких видов черепах, в том числе и гигантской черепахи. Согласно статье, гигантские черепахи и некоторые другие виды этих животных, по-видимому, способны защитить себя от долгосрочных последствий повреждения клеток. Они делают это, быстро убивая поврежденные клетки при помощи процесса апоптоза.
Апоптоз — это програмируемая гибель клеток, процесс, который обычно помогает выводить из строя плохо работающие биологические структуры. Он постоянно происходит и в нашем организме, однако у черепах, по-видимому, апоптоз происходит эффективнее и быстрее. Означает ли это, что эти черепахи полностью устойчивы к проблемам репликации ДНК, еще предстоит выяснить. Однако, это может быть ответом на так волнующий людей вопрос.
Животные
Известно, что черепахи, представители отряда пресмыкающихся, отличаются долголетием. Некоторые виды доживают до 200 лет. Речь идет о гигантских черепахах (слоновая, или галапагосская), популяцию которых зафиксировал еще Чарльз Дарвин в далеком 1834 году. Проплывая возле Галапагосских островов, ученый предъявил миру потрясающие факты: более 245 тысяч особей и 14 разновидностей черепах обитали в этой местности.
Сегодня же представители рептилий населяют самые отдаленные уголки планеты, а Галапагосские острова не зря именуют Черепашьими.
Сколько черепаха живет?
Секрет долголетия черепах
Черепахи – довольно уникальные животные. Их оригинальность проявляется не только во внешнем виде. Да, экзотики у них не отберешь: морщинистая кожа, маленькая голова и большие, столбообразные ноги. И все это помещается под огромным, расписанным в виде мозаики, панцирем.
Сухопутные черепахи довольно выносливы. Они могут находиться без еды и питья больше года. Длительная голодовка никаким образом не влияет на их самочувствие и работу внутренних органов, функционирование систем. Они по-прежнему ведут размеренный образ жизни, нежась на солнце или прячась в тени. Кстати, температура тела рептилий зависит от температурных условий, где они проживают.
Интересен и тот факт, что внешность современных черепах идентична внешности их далеких предков – жителей мезозойской эры. Далеко не каждый представитель фауны может похвастаться такой схожестью. Все эти факты провоцируют ученых на дальнейшие исследования удивительного мира животных, в частности вековечных черепах.
Читайте также: