Меня удивили и обрадовали эти и другие результаты по той же теме, и я опубликовал пять работ, три из них – в престижном журнале Science. Вскоре последовал шквал других публикаций, показывающих, что физическая выносливость у различных млекопитающих также ограничена перегревом. Кролики, красные кенгуру и гепарды – все покрыты шерстью, чтобы согреться, но все они перегреваются до того, что вынуждены прекращать бег даже при умеренной жаре. Люди, однако, благодаря превосходному потоотделению поразительно выносливы при беге в жару.
Проблема, связанная с тем, что иногда приходится сохранять тепло для физической активности, а иногда – избавляться от него для ее продолжения, также связана с точной синхронизацией дыхательного цикла с кровообращением. Как я объясню далее, дыхание влияет на ток крови и охлаждение, что придает некоторым насекомым выносливость в жару.
Перед тем как рассказать об элегантных решениях у насекомых, вроде тех, которые мы обнаружили в шмелях, нужно вернуться назад и пересмотреть некоторые основы. Во-первых, у пчел брюшко прикрепляется к грудной клетке лишь крошечной, узкой талией – петиолем. Все тепло, количество которого у летящей пчелы в несколько сотен раз превышает количества тепла в состоянии покоя (точное количество зависит от той температуры тела, при которой фиксируется базальный метаболизм – сравнивать нужно именно с этим), вырабатывается летательными мышцами, покрывающими грудную клетку. У насекомых нет мышц в крыльях – все мышцы, которые управляют крыльями, находятся внутри самого тела. Температура брюшка обычно близка к температуре воздуха, если только, как у мотыльков, оно не используется в качестве радиатора, выводящего избыток тепла в грудной клетке.
Летательная мускулатура абсолютно аэробна; как и бегуны на дальние дистанции, пчелы не впадают в «кислородный долг», характерный для спринтеров. Их высокий VO>2max достигается с помощью воздушных мешков в брюшке. Оно работает как поршень, сжимая и расширяя воздушные мешки положительным и отрицательным давлением. Те же перепады давления, при которых воздух поступает в грудную клетку и выходит из нее, также используются для перекачивания крови, и эта кровь может использоваться или не использоваться для теплообмена. Когда кровь используется для удаления избыточного тепла из грудных мышц, вентральная диафрагма дискретной пульсацией высвобождает ток горячей крови в брюшко, а более холодная кровь, поступающая в грудь из брюшка, также «разрезается» на дискретные импульсы. Горячие и холодные импульсы крови не сталкиваются, потому что они попеременно отводятся через черешок, синхронно с движением брюшного дыхания внутрь и наружу. Поэтому я назвал этот процесс «переменным» потоком жидкости, чтобы отличить его от тока крови, идущего одновременно в противоположных направлениях в соседних сосудах: это так называемый «противоточный» поток.