– Мы просто попросим их, – говорит Роб. Мы болтали у забора одной из открытых площадок. Роб смотрит на Рокки, четырехлетнего самца орангутанга, который параллельно играл, отдыхал и в то же время поглядывал на нас. «Рокки, подойди сюда», – попросил Роб, но не так, как будто зовет собаку, а как будто разговаривает с племянником. Он подошел к забору рядом с нами. – Покажи мне свой рот, – сказал Роб, и Рокки широко раскрыл его. – А как насчет уха? – и он приложил ухо к забору. – А теперь другое? – и примат повернул голову и показал нам второе. – Спасибо! – поблагодарил Роб, и Рокки убежал играть дальше.
– Мы также можем попросить их пописать в чашку, – говорит Роб, пока я стою, воодушевленный разговором обезьян и людей, который только что наблюдал. – Есть только одно «но»…
– Да? «Боже, вот оно, – подумал я, – проверка на реальность. Вот так все и полетит к чертям»…
– Ничего, если часть пробы мочи прольется?
– Никаких проблем, – сказал я, – пока у нас есть хотя бы несколько миллилитров для анализа…
– Хорошо, – сказал Роб. – Потому что Кноби, одна из наших взрослых самок, всегда настаивает на том, чтобы держать свой стаканчик самостоятельно, ногой.
В тот момент я чувствовал себя Дороти, проснувшейся в стране Оз. Я больше был не в Канзасе. Каким-то образом я очутился в Айове, разговаривал с волшебником, а жевуны[11 - Жевуны – основной народ Голубой страны из книги «Волшебник страны Оз». – Прим. ред.] были оранжевыми, волосатыми и четырехрукими[12 - Имеется в виду, что обезьяны могут пользоваться ногами как руками, как в приведенном примере, когда Кноби предпочитает держать банку ногой. – Прим. ред.].
Ленивец на генеалогическом древе
Позже той же осенью, после того как изотопы были введены и все образцы собраны, я отправил коробку с мочой орангутанга Биллу Вонгу, профессору из отдела исследований Детского центра питания в Медицинском колледже Бейлора. Билл – настоящий эксперт в области обмена веществ и метода дважды меченой воды, и он с радостью помог мне организовать мой проект под названием «Орангутанг», определив необходимую дозу и график сбора образцов мочи. После десятилетий плодотворной и интересной работы в области питания и метаболизма человека Билл, казалось, наслаждался перспективой на время переключиться на обезьян.
Его электронное письмо с предварительными результатами было первым доказательством того, что мы нашли что-то интересное. Данные выглядели великолепно, писал Билл, но анализы показали, что орангутанги имеют низкие ежедневные затраты энергии. Очень низкие. Ученый попросил меня прислать все образцы, которые у меня были (мы собрали больше, чем требовалось для исследования), чтобы он мог просмотреть их все снова, бесплатно. Он хотел убедиться, что все цифры верны.
Орангутанги удивительно ленивы – по сравнению с человеком они потребляют гораздо меньше калорий в пересчете на массу тела.
Еще один круг повторных анализов – тот же результат. Орангутанги каждый день сжигали меньше калорий, чем люди. Разница была огромной. Ази, 110-килограммовый самец, сжигал 2050 килокалорий в день – столько же, сколько 29-килограммовый девятилетний ребенок. Взрослые самки, весившие 55 кг, тратили еще меньше энергии: 1600 килокалорий в день, что примерно на 30 % меньше, чем ожидалось для человека с такой массой тела. Неудивительно, что скорость основного обмена орангутангов также была низкой, намного ниже человеческой. Мы тщательно следили за ежедневной деятельностью обезьян на протяжении эксперимента, и все они были так же активны, как и орангутанги в дикой природе. (Читайте: не очень активны. Орангутанги удивительно ленивы.) Низкие ежедневные затраты энергии не были результатом жизни в неволе. Они говорили нам о том, что в эволюционировавшей физиологии орангутангов есть что-то фундаментально важное.
Любой ученый живет ради этого момента. Мы буквально зачерпнули мерным стаканом неизвестные воды и обнаружили нечто неожиданное. Общепринятые постулаты о метаболизме приматов оказались ошибочными, по крайней мере частично. Оказалось, что между скоростью обмена веществ наших родственников-обезьян и человека существует значительная разница. Люди и орангутанги являются потомками одного обезьяноподобного предка, жившего около восемнадцати миллионов лет назад. Однако за прошедшие тысячелетия эволюция сделала разным метаболизм наших двух линий. Люди и обезьяны отличаются не только формой и пропорциями. Оказалось, что внутри мы тоже другие.
Но настоящий сюрприз меня ждал только тогда, когда я сравнил энергетические затраты орангутангов с другими животными: грызунами, плотоядными, копытными… В общем, с каждым видом плацентарных млекопитающих, энергозатраты которых изучались и были опубликованы (кроме, конечно, сумчатых, таких как коалы или кенгуру, потому что у них и так достаточно странная физиология). Поразительно, но орангутанги расходовали лишь треть от общего количества энергии, которое тратят плацентарные млекопитающие их размера. Только 1 % плацентарных млекопитающих сжигает так же мало калорий. Единственными видами с еще меньшими затратами на аналогичный размер тела оказались трехпалые ленивцы и панды.
Все, что мы знали о середе обитания и биологии орангутангов, казалось, встало на свои места. У них чрезвычайно длинный жизненный цикл, даже по меркам приматов. В дикой природе самцы не достигают зрелости, а самки не рожают первого ребенка, пока им не исполнится пятнадцать лет. Последние размножаются невероятно медленно, с промежутком между беременностями от семи до девяти лет, что является самым длинным интервалом между появлением потомства по сравнению с любыми другими млекопитающими. Они также постоянно сталкиваются с непредсказуемой нехваткой пищи в родных индонезийских тропических лесах. Жизнь орангутангов зависит от фруктов, но бывают месяцы, когда плодов так мало, что им приходится срывать кору с деревьев и соскребать зубами мягкий внутренний слой, чтобы прокормиться. Нехватка еды, по-видимому, влияет на их социальное поведение, поскольку они – единственный вид обезьян, который предпочитает жить в одиночку, потому что им не всегда хватает пищи, чтобы прокормить целую группу.
Медленный метаболизм орангутангов связывал эти наблюдения воедино с их эволюционировавшей физиологией. Это также имело важные последствия для выживания вида. Жизнь в непредсказуемом тропическом лесу, где голод был постоянной угрозой, привела к такой адаптации, которая сводила к минимуму ежедневную потребность в энергии. Их метаболические двигатели эволюционировали, чтобы работать медленно, экономя топливо для защиты от истощения и смерти. Но последствия были суровыми: рост и размножение требуют энергии, а более медленный метаболизм неизбежно приводит к более длительному жизненному циклу. Это, в свою очередь, означает, что популяции орангутангов нужно больше времени на восстановление после природных или техногенных катастроф. Медленный метаболизм, элегантное эволюционное решение сложной окружающей среды, сделал орангутангов более уязвимыми к вымиранию перед лицом разрушения среды обитания и других вмешательств со стороны человека.
Первые измерения суточного расхода энергии у обезьяны открыли новый мир метаболической эволюции, имеющий большое значение для экологии, здоровья и выживания. Что мы могли обнаружить? И как в эту картину вписывались люди? Имея на руках результаты анализов только небольшой горстки приматов, мы не знали ответов на все эти вопросы. Нам нужно было больше данных, от большего числа видов всего генеалогического древа приматов.
Сила приматов
Проект по изучению энергообмена у приматов длился несколько лет, и в нем участвовало более дюжины сотрудников. Мы буквально соединяли частицы информации для получения результатов. Брайан Хэйр, специалист по когнитивным способностям обезьян и мой старый школьный друг, работал в двух обезьяньих заповедниках в Африке, Центре реабилитации шимпанзе Чимпунга в Республике Конго и Лола Я Бонобо в Демократической Республике Конго. (Примечание для путешественников: знайте, о каком Конго вы говорите. В одном довольно опасно, в другом – чрезвычайно.) Как и Фонд Great Ape Trust, они были первыми учреждениями по изучению приматов, которые проводили исследования только в том случае, если это было безопасно и полезно для шимпанзе и бонобо. Примерно в то же время Митч Ирвин, приматолог и защитник природы, работающий на Мадагаскаре, согласился включить измерения энергии в ежегодную оценку состояния здоровья диких диадемовых сифак.
Но исследование действительно сдвинулось с мертвой точки, когда я встретил Стива Росса, директора Центра изучения и сохранения обезьян в зоопарке Линкольн-парка в Чикаго. Ученый был невероятно дружелюбным, позитивным и отзывчивым парнем, ведь он канадец. В дополнение к своей природоохранной работе и исследованиям горилл и шимпанзе в зоопарке Линкольн-парка Стив посвятил свою жизнь перевозке обезьян, которые влачат унылое существование в лабораториях, придорожных цирках, гаражах и других островках нищеты, в хорошие зоопарки и заповедники. Он неустанно, но, заметьте, успешно работал над тем, чтобы обеспечить шимпанзе в Соединенных Штатах такую же федеральную защиту, какой пользуются гориллы, бонобо и орангутанги. Стив – просто герой.
Благодаря сотрудничеству с ним мы смогли добавить к проекту горилл, черно-зеленых мартышек, гиббонов и шимпанзе из зоопарка Линкольн-парка. Проект метода дважды меченой воды разошелся по всему земному шару, в Чикаго, оба Конго и на Мадагаскар, и образцы мочи медленно, но верно присылались нам для дальнейшего анализа. С помощью нескольких опубликованных измерений из других лабораторий мы смогли оценить разнообразие энергетических затрат во всем семействе приматов, от крошечных мышиных лемуров весом меньше 50 граммов до гигантских 210-килограммовых серебристых горилл. У нас даже были специальные условия для изучения: лаборатории, зоопарки, заповедники и сама дикая природа. К 2014 году мы собрали все данные. Отличались ли метаболические механизмы приматов от механизмов других млекопитающих?
Результаты оказались поразительными. Приматы сжигают в два раза меньше калорий, чем другие плацентарные млекопитающие. Чтобы выразить это в понятных для человека цифрах, предположим, что нормальные ежедневные затраты энергии для взрослых людей составляют от 2500 до 3000 килокалорий в день (мы подробнее обсудим это в Главе 3). Исследование показало, что типичное плацентарное млекопитающее нашего размера сжигает более 5000 килокалорий в сутки. Это ежедневные энергетические затраты олимпийских спортсменов на пике подготовки! Но это не означает, что другие животные невероятно активны – они проходят не более трех километров в день и тратят большую часть времени на еду и отдых. Их тела просто сжигают энергию быстрее, намного стремительнее, чем может выдержать замедленный метаболизм обезьян.
Наконец-то мы получили ответ на вопрос, почему у людей и других приматов такой длинный жизненный цикл. Около шестидесяти миллионов лет назад, в начале эволюции наших предков, произошло значительное сокращение энергетических затрат. Метаболические двигатели приматов замедлились до половины скорости обмена веществ других плацентарных млекопитающих. Была ли эта революция в обмене веществ вызвана давлением естественного отбора на жизненный цикл, или же виной были изменения в диете или окружающей среде, которые замедлили наш метаболизм и оказали значительное влияние на рост, размножение и старение – ответ на этот вопрос до сих пор остается неясным. Что нам точно известно, так это то, что глобальность эволюционных изменений метаболизма приматов точно соответствует трансформации цикла жизни. Медленные темпы роста, размножения и старения – это именно то, чего мы от них ожидаем, учитывая низкие ежедневные затраты энергии. Сегодня люди и другие приматы, обладатели этого метаболического наследия, живут дольше и медленнее, чем другие млекопитающие.
Метаболические механизмы приматов сильно отличаются от других млекопитающих – приматы сжигают в два раза меньше калорий.
Это довольно странно, но мы, как и многие исследователи до нас, обнаружили, что скорость основного обмена приматов была схожа с показателями других млекопитающих, хотя ежедневные затраты энергии у них резко различались. Мы полагаем, что несоответствие между этой скоростью и суммарным ежедневным расходом отражает большой размер мозга приматов (этот орган потребляет много топлива). И, следует отметить, связь между метаболизмом и жизненным циклом остается активно изучаемой и противоречивой областью исследований. Мы рассмотрим эти и другие темы в Главе 3 и в других разделах. А теперь давайте обратим внимание на последнюю загадку в развитии обмена веществ у приматов, которая будет обсуждаться на протяжении всей этой книги, – эволюционировавшую метаболическую стратегию нашего вида.
Это мы
Анализируя результаты проекта по изучению метаболизма приматов, мы строили планы относительно более крупных открытий. Исследование орангутангов и других обезьян показало, насколько изменчива скорость обмена веществ в течение эволюционного времени и насколько тесно она связана со средой обитания и жизненным циклом. Таким образом, ключевой вопрос заключался в следующем: что расход энергии может рассказать нам о нашей эволюции? Общепринятое мнение, как я уже упоминал ранее, состояло в том, что ежедневные затраты энергии были одинаковыми у обезьян и людей и не сильно различались у представителей нашей родословной линии.
Знаковым исследованием, формулирующим эту идею, является статья Лесли Айелло и Питера Уилера, написанная в 1995 году. Они собрали все измерения размеров органов человека и других обезьян из более ранних работ, отметив, что у человека мозг больше, а печень и кишечник меньше, чем у обезьян. Не у всех мозг расходует одинаковое количество энергии. Мозг, кишечник и печень являются самыми энергозатратными органами – каждый грамм их тканей сжигает тонну калорий, потому что клетки в этих органах невероятно активны (мы поговорим об этом подробнее в Главе 3). Айелло и Уилер провели расчеты и обнаружили, что у людей энергия, сэкономленная за счет меньшего размера кишечника и печени, полностью компенсирует затраты нашего крупного мозга. Основываясь на этом важном факте, а также на наблюдении, что скорость основного обмена человека и обезьяны в целом похожи на показатели других млекопитающих, ученые утверждали, что критические метаболические изменения в нашей эволюции произошли пропорционально: увеличивая количество калорий, направляемых в мозг, и уменьшая энергию, необходимую для работы кишечника. В этом случае ежедневный расход остается неизменным. Люди тратят не больше энергии, чем обезьяны, они просто тратят ее по-другому.
Эволюционные компромиссы (например схема переключения основного потока энергии из кишечника в мозг, обнаруженная Айелло и Уилером) являются краеугольным камнем современной биологии. Как заметил сам Чарльз Дарвин, опираясь на труды Томаса Роберта Мальтуса, между обитателями природного мира всегда идет борьба за ресурсы: их никогда не хватает. Следовательно, все виды эволюционируют в условиях дефицита. Вы не можете ни съесть торт, ни оставить его на потом. Если в ходе естественного отбора появляются некоторые особенности, скажем, большая голова, полная отвратительных зубов, и мощные задние лапы, другим нужно пожертвовать, например длинными передними конечностями… и вуаля, у нас есть тираннозавр рекс. Или, как выразился Дарвин в «Происхождении видов» (цитируя Гете): «Природа вынуждена экономить в одном направлении, чтобы расходовать в другом».
Идея о том, что мозг и кишечник перераспределили энергию между собой, была выдвинута еще в 1890-х годах Артуром Кизсом после исследований приматов в Юго-Восточной Азии. Он даже попытался показать, что в этом кроется причина различия в размерах мозга человека и орангутанга, однако ученый опередил свое время и математически еще не мог доказать эту теорию. Имея лишь рудиментарное представление об изменении размеров органов в зависимости от общих пропорций тела у млекопитающих, он не смог показать предполагаемого обмена энергией между мозгом и кишечником. Однако на протяжении XIX века идея Артура Кизса все время лежала на поверхности. Например, можно вспомнить Катарину Милтон, антрополога с ценным опытом в области питания, – она десятилетиями работала с людьми и другими приматами в Центральной и Южной Америке (и именно она первой применила метод дважды меченой воды во время исследования диких обезьян-ревунов еще в 1978 году). Милтон доказала, что у приматов, питающихся листьями, кишечник больше мозга. Это объясняется тем, что им необходимо правильно переваривать волокнистую пищу, которую они едят. У видов, которые питались фруктами в тех же лесах, наоборот, был большой мозг и маленький кишечник. Карел Ван Шайк и Карен Айлер из Цюрихского университета провели большое количество исследований в 2000-х и 2010-х годах, доказывая, что цена большего мозга может даже помочь объяснить эволюционные различия жизненного цикла у приматов.
Но как бы ни были важны компромиссы нашего организма, есть основания полагать, что их недостаточно, чтобы объяснить полный набор энергетически важных черт, которые делают человека уникальным. Как мы обсудим в Главе 4, люди растут медленнее и живут дольше, чем любой другой примат, но каким-то образом находят энергию, чтобы размножаться быстрее, чем любой из них. Мы обладаем большим и энергозатратным мозгом, а еще ведем физически активный образ жизни (по крайней мере, те из нас, кто не избалован современными технологиями). Люди также вкладывают больше средств в поддержание своего организма и живут дольше, чем другие обезьяны. Каким-то образом, нарушая естественный порядок течения жизни, который строится на компромиссах, homo sapiens изменился, чтобы получить все эти качества.
Мы предполагали, что набор энергетически затратных человеческих адаптаций можно объяснить ускоренным метаболическим двигателем, эволюционировавшим, чтобы сжигать больше калорий каждый день. В нашем распоряжении было много данных о людях, но нам нужны были измерения, полученные от обезьян, чтобы сравнить их должным образом. Мы со Стивом Россом разработали план привлечения зоопарков по всей территории Соединенных Штатов. В течение нескольких месяцев мы работали с учреждениями по всей стране, составляя графики сбора данных. Мы наняли Мэри Браун, стажерку зоопарка Линкольн-парка, почти такую же жизнерадостную и неудержимую, как Стив, чтобы она ездила по местам содержания приматов (всего их было 14) и координировала процесс сбора информации об обезьянах, которую мы получали. Вскоре моча стала чем-то сродни жидкому золоту для нас.
Результаты оказались даже более многообещающими, чем мы надеялись. Мы обнаружили, что у всех четырех представителей рода человекообразных обезьян (шимпанзе и бонобо, гориллы, орангутанги и люди) были разные ежедневные энергетические затраты. Люди показали самый высокий результат – мы расходуем примерно на 20 % больше энергии, чем шимпанзе и бонобо, на 40 % больше, чем гориллы, и на 60 % больше, чем орангутанги, учитывая различия в размерах тела. Скорость основного обмена тоже отличалась, но в тех же пропорциях. Столь же шокирующими были колебания в жировых отложениях. У выбранных нами людей жировой ткани было в два раза больше (23–41 %), чем у других обезьян (9-23 %). Орангутанги были самыми упитанными, а вот шимпанзе и бонобо считались даже тощими. Как мы обсудим в главе 4, вполне вероятно, что увеличение количества жира в теле происходило параллельно с ускорением метаболизма, обеспечивая больший запас топлива для защиты от голода.
Эти различия в обмене веществ и жировых отложениях не были вызваны уровнем двигательной активности: для эксперимента мы специально отобрали людей, ведущих сидячий образ жизни, и сравнивали их с обезьянами, живущими в стенах зоопарка. Различия крылись глубже – в основе каждого вида. На протяжении эволюционной истории скорость метаболизма постоянно замедлялась или ускорялась, как конфорка на плите. Такие изменения в обмене веществ были продиктованы окружающей средой: доступностью пищи, хищниками или… чем-то еще? Что касается орангутангов, то мы вполне уверены, что их медленный метаболизм и способность накапливать жир являются эволюционной реакцией на нехватку еды, что помогает им поддерживать ежедневную потребность в энергии на низком уровне и сохранять значительный ее запас в виде жира. А вот метаболические вариации у африканских обезьян – шимпанзе, бонобо и горилл – это все еще не разгаданная тайна.
При учете разницы в размерах, люди тратят максимальное количество энергии в сравнении с человекообразными обезьянами.
На протяжении человеческого развития наши клетки эволюционировали, чтобы работать усерднее, делать больше и сжигать больше энергии. Кроме того, эти метаболические адаптации также вызвали другие серьезные изменения в работе человеческого организма: как работает наше тело, как мы себя ведем и многое другое (к этим вопросам мы вернемся в последующих главах). Расход энергии увеличивался параллельно изменению рациона питания, а также тому, каким образом мы добывали, готовили еду и делились ею. Более быстрый метаболизм развивал способность накапливать жир. Сегодня наш эволюционировавший обмен веществ задает лимиты во всем: от спорта и исследований до беременности и роста. И, конечно, эти фундаментальные изменения в том, как человек тратит энергию, были решающими в развитии нашего большого мозга и уникального жизненного цикла. Да, компромиссы были важны, но именно эволюционировавший метаболизм сделал нас людьми.
Дарвиновский взгляд
Именно волнение от этих открытий и грядущие научные приключения неумолимо влекли меня в лагерь хадза, спрятанный в отдаленных холмах Тлиика на севере Танзании, где я слушал львиный хор и измерял затраты энергии. Наша работа с обезьянами и остальными приматами буквально перевернула устоявшиеся научные представления, доказав, насколько радикально эволюция изменила метаболические стратегии человека и других обезьян. Что бы мы обнаружили, если бы обратили внимание на наш вид и исследовали, как люди разных культур, с совершенно непохожим образом жизни, расходуют энергию? Чему мы могли бы научиться, работая с такими племенами, как хадза, которые живут во многом как наши общие предки, охотники и собиратели? В то время, ночуя в палатках и занимаясь наукой в саванне, мы даже подумать не могли, что наши исследования племени хадза станут таким прорывом, что изменят все представления о взаимосвязи между метаболизмом и образом жизни.
В следующих главах мы рассмотрим расход энергии, физические упражнения и рацион питания с эволюционной точки зрения, представив современные болезни и метаболические нарушения в ином свете, чем на обложках журналов о здоровье или книг о правильном образе жизни. Наши метаболические двигатели создавались на протяжении миллионов лет эволюции не для того, чтобы гарантировать нам идеальное тело для пляжа, поддерживать нас в форме или даже обязательно сохранять здоровье. Вместо этого обмен веществ был сформирован дарвиновской установкой выживать и размножаться. Вместо того, чтобы держать нас в форме (как это предсказывает инженерная модель метаболизма), наш более быстрый обмен веществ привел к тому, что мы как вид накапливаем больше жира, чем любая другая обезьяна. Но это не единственное противоречивое и контрпродуктивное свойство, приобретенное в ходе естественного отбора. Как мы обсудим далее, метаболизм также реагирует на изменения в физических упражнениях и диете таким образом, что порой может мешать похудеть. И, кроме того, тяга к еде не имеет границ (как мы увидим это на примере племени хадза). Если аппетит приводит к тому, что мы готовы обворовать прайд грозных львов, то как можно держаться подальше от холодильника?
Эволюционная перспектива абсолютно необходима, чтобы избавиться от таких заболеваний, как ожирение. В развитом мире мы построили роскошные «сады», где все продукты доступны по щелчку пальцев и нам не нужно напрягаться, чтобы получить их. Тела, которые эволюционировали, чтобы двигаться весь день, расслабленно и безвольно сидят в удобных креслах и на диванах, смотря на мир через яркие экраны. И все это время растет количество болезней: ожирения, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, рака, когнитивных нарушений – и их жертв. Количество болеющих людей увеличивается, и каждая из этих патологий тесно связана с тем, как мы получаем и расходуем энергию. И, конечно же, для того, чтобы спастись от этих недугов, необходимо лучше понять, как работает наш организм и как взаимосвязаны расход энергии, физические упражнения и питание. Чем скорее мы выйдем за рамки упрощенного инженерного взгляда на метаболизм и примем дарвиновскую точку зрения, тем больше у нас будет шансов на здоровую и счастливую жизнь.
Итак, давайте рассмотрим механизмы наших метаболических двигателей, чтобы понять, как они работают. Если мы хотим эффективно управлять эволюционировавшим обменом веществ, нам нужно осознать принципы его действия.
Глава 2
Так что же такое метаболизм?
«Как музыка попадает в радио?» Это был не тот вопрос, который я ожидал услышать. Брайан Вуд и я, а также его жена Карла и наш полевой сотрудник Хериет только что закончили разбивать палатки под низкими акациями неподалеку от лагеря хадза, на просторной засушливой равнине, которая отделяет озеро Эяси от скалистых холмов Тлиика. Мы с Брайаном отдыхали в походных креслах, стоящих на пыльной земле, болтая о работе в сером предвечернем свете. Двое мужчин хадза, Багайо и Гига, сидели на земле неподалеку и, судя по всему, горячо спорили на своем языке. У них был маленький радиоприемник на батарейках, ценное владение в Хадзалэнде, где возможности развлечений ограничены. В какой-то момент они решили вовлечь нас в свой разговор, перейдя на суахили, чтобы задать вопрос. Но мы с Брайаном, должно быть, оба выглядели озадаченными, потому что Багайо снова спросил:
«Как музыка попадает в радио?»
Черт, мы ведь должны это знать…
Знакомство с новыми идеями и знаниями – одна из лучших вещей, которую нам дают путешествия, а в случае с экспедицией в племя хадза мы не только сами узнали много нового, но и многому научили их. Их глубокое понимание природы поражает воображение. Любой ребенок племени сможет рассказать вам о физических характеристиках и поведенческих склонностях десятков видов животных, а также о том, как ветки от кустарников или деревьев или траву можно применить в повседневной жизни: в пище, для разведения огня, для постройки дома или просто как подручный инструмент. Когда наблюдаешь за тем, как мужчина хадза выслеживает раненую импалу на протяжении нескольких километров и никак не выдает свое присутствие или как женщина определяет размер и зрелость дикого клубня в метре под поверхностью, постукивая по земле камнем, не покидает ощущение, что это какая-то магия.
Мы же, со своей стороны, делились с племенем тем, что сами знали о внешнем мире: давали им книги, гаджеты, а иногда даже проводили вечерние киносеансы, показывая им документальные фильмы о природе или боевики на наших ноутбуках (фильмы «Парк юрского периода» – вечные фавориты). Врожденное любопытство, с которым мы все рождаемся и которое является сильной стороной любого ученого, кажется, составляет саму суть культуры хадза. Они хотят знать.
Разговоры обычно начинаются достаточно невинно, но могут перерасти в далеко идущие рассуждения о географии, космологии или биологии. «Сколько времени потребуется, чтобы дойти до вашего дома?» – это достаточно простой вопрос, но реальный ответ требует обсуждения того, что Земля является одновременно круглой и невообразимо большой, с огромными континентами, разделенными бескрайними океанами (они были знакомы с этими концепциями, но не знали всех нюансов). «А моржи настоящие? (и если да, то что это за чертовщина?)» – это еще один справедливый вопрос, особенно если вы только что посмотрели документальный фильм о дикой природе Арктики и не знакомы со льдом, океанами или морскими млекопитающими. Я попытался объяснить, что моржи на самом деле – реальные (хотя и абсурдные) существа, вроде гиппопотамов с клыками слона и плавниками, как у рыбы. Не уверен, что мне кто-то поверил.
Есть замечательная цитата неопределенного происхождения, часто приписываемая Эйнштейну. Она гласит, что «если вы не можете объяснить что-либо простыми словами, вы этого не понимаете». Из-за ограниченности моего суахили и отсутствия у хадза формального образования всегда было весело объяснять, как работает различное исследовательское оборудование, как динозавры в «Парке юрского периода» были созданы компьютером или что измеряет манжета тонометра. Это часто давало понять, какие у меня есть пробелы в знаниях, о которых я даже не догадывался. Они были глубоко в моем сознании, и я мог описать их какими-то пустыми словами, которые на самом деле не имели никакого реального смысла.
Если подумать, то как все-таки музыка попала в радио?
Очень осторожно я начал объяснять. В Аруше, ближайшем крупном городе (о нем знали все хадза, но мало кто отваживался заходить так далеко), стоит здание. Внутри человек включает музыку на магнитофоне или пластинке. (Пока все идет хорошо. Они видели магнитофоны.) А еще там стоит аппарат, который проигрывает музыку и передает ее по воздуху с помощью антенны – большого металлического столба. Радио, в которое встроена еще одна антенна, ловит эту музыку из воздуха и передает ее через громкоговоритель.
«Хорошо, но что именно передается по воздуху из здания в Аруше прямо сюда?»
«Э-э, радиоволны», – ответил я, сразу поняв, что попал впросак.
«Ладно… А что такое радиоволны?»
Хороший вопрос… «Ну, они невидимы и передаются по воздуху. Ты их не слышишь, но они несут музыку…», – я замолчал. Я понятия не имел, как описать радиоволны, потому что сам толком не понимал это явление. На мой взгляд, они были не более чем маленькими дугами, исходящими от антенны, как в каком-то мультфильме. Я знал, что они были своего рода «электромагнитной энергией», но это было бесполезной болтовней. Это похоже на свет, верно? Но как объяснить невидимый свет, исходящий от металлического шеста, несущего музыку? Считается ли это вообще точным описанием?
«А!» – воскликнул Багайо, поднимая свой охотничий лук. «Вот так», – тут он натянул тетиву. Звук невидимо распространяется по воздуху, от тетивы к нашим ушам. Отличная аналогия! Да, именно об этом мы сейчас и говорим! Мне было известно, что звуковые и радиоволны – это разные феномены, но я также знал, что не мог объяснить явление лучше, чем это сделал за меня охотник.
Гига и Багайо были довольны. Брайан и я легко отделались. В следующий раз, когда мы будем в городе, чтобы пополнить запасы, я загуглю, что такое радиоволны.
Развеивая миф о метаболизме
Если мы собираемся обсуждать передовые научные достижения в области метаболизма человека, нам необходимо иметь реальное понимание того, что он собой представляет и как работает – конечно, более профессиональное, чем то, которое у меня было о радиоволнах. Никакой бесполезной информации, никакого жаргона и никакой чертовщины. Давайте начнем с самого начала.
Метаболизм – это широкий термин, который описывает всю работу, которую выполняют ваши клетки. Большая ее часть включает контроль за курсированием молекул в клеточные мембраны (стенки клеток) или из них и преобразование одного вида частиц в другой. Ваше тело – это ходячее, плещущееся ведро из тысяч взаимодействующих молекул – ферментов, гормонов, нейромедиаторов, ДНК и многих других, – и едва ли все это попадает в организм в пригодном виде из пищи. Вместо этого клетки постоянно приносят питательные вещества и другие полезные молекулы, циркулирующие в кровотоке, через свои стенки для использования в качестве топлива или строительных блоков, превращая их во что-то другое, а затем выталкивая материал, который они построили из своих стенок, чтобы использовать его в другом месте организма. Клетки яичников втягивают внутрь молекулы холестерина, вырабатывают из них, а затем выталкивают в кровоток эстроген – гормон, который оказывает влияние на весь организм. Нервы и нейроны постоянно перекачивают ионы (положительно или отрицательно заряженные молекулы) внутрь и наружу, чтобы поддерживать отрицательный внутренний потенциал. Клетки поджелудочной железы, направляемые ДНК, собирают инсулин и множество пищеварительных ферментов из аминокислот. Список можно продолжать и продолжать. Объем метаболической работы, происходящей прямо сейчас в вашем теле, ошеломляет.
И все это требует энергии. На самом деле, работа и есть энергия. Мы измеряем работу и энергию с помощью одних и тех же единиц и можем говорить о них взаимозаменяемо. Бросьте бейсбольный мяч, и его «кинетическая энергия», когда он покидает вашу руку, по определению точно равна количеству работы, которую вы совершили, чтобы ускорить его. Тепловая – это еще одна распространенная форма энергии. Разогрейте чашку молока в микроволновке для вашего ребенка, и повышение температуры покажет вам, сколько электромагнитной энергии забрала жидкость. Энергия, выделяемая при сжигании бензина, равна сумме работы, проделанной для перемещения автомобиля по дороге, и тепла, выделяемого двигателем. Потребляемая энергия всегда равна сумме проделанной работы и полученного тепла, независимо от того, идет ли речь о вашем теле, автомобиле или смартфоне. Мы все живем по одним законам физики.
Энергия также может храниться в вещах, которые потенциально могут выполнять работу или создавать тепло, например в бензине в топливном баке. Натянутая резинка или пружина мышеловки, готовая сработать, обладает потенциальной энергией упругой деформации. Шар для боулинга, который положили на высокую стойку и который может упасть с нее, обладает потенциальной энергией. Связи, которые удерживают молекулы вместе, могут накапливать химическую энергию, которая высвобождается, когда они распадаются. Когда молекулы в 0,9 кг нитроглицерина (химическая формула: 4C
H
N
O
) расщепляются на азот (N
), воду (H
O), метан (CO) и кислород (O
) во время детонации, они резко высвобождают достаточно энергии (730 килокалорий), чтобы поднять и запустить 75-килограммового человека прямо в небо на 4 км (что считалось бы «работой») или испарить его (что мы также могли бы назвать «теплом»). Это подводит нас к последнему пункту, касающемуся энергии: она может быть преобразована в различные формы – кинетическую, тепловую, химическую, работу, – но никогда не может быть потеряна.
Калории и джоули – это две стандартные единицы измерения энергии, будь то химическая энергия, запасенная в пище, тепло от огня или работа, выполняемая машиной. Термин «калории» считается наиболее употребляемым в Соединенных Штатах, когда речь идет о еде, однако нам удалось изменить его привычное использование. Одна калория – это именно то количество энергии, которое необходимо для повышения температуры одного миллилитра воды (одной пятой чайной ложки) на один градус Цельсия. На самом деле ее слишком мало, чтобы она была полезной единицей измерения, когда мы говорим о пище (представьте, что дорожные знаки будут показывать расстояние в сантиметрах). Вместо этого, рассуждая о пище, мы на самом деле говорим о килокалориях, или 1000 калорий. Чашка сухих хлопьев для завтрака Cheerios содержит 100 калорий в соответствии с информацией о питательных веществах на коробке, но на самом деле это 100 килокалорий, или 100 000 калорий.
Так почему бы нам просто не называть это килокалориями, или ккал, вместо того чтобы злоупотреблять термином «калории»? Как ни странно, в конце XIX века, когда ученые решили использовать калории в качестве предпочтительной единицы измерения пищевой энергии, влиятельный и прогрессивный американский диетолог Уилбур Этуотер решил придерживаться ранних загадочных условностей и просто писать с заглавной буквы слово «калории», когда речь заходит о килокалориях. Это примерно так же разумно, как писать «Сантиметры» для обозначения метров. И мы с тем пор используем запутанную систему калорий (или Калорий) на упаковках продуктов питания. Конечно, это всего лишь еще одна запись в долгой неловкой истории измерений в Соединенных Штатах. У страны, которая настаивает на использовании чайных ложек, дюймов и Фаренгейта, очевидно, есть глубокие психологические проблемы при обсуждении единиц измерения. (Кстати, если вы путешествуете по цивилизованному миру и хотите перевести джоули на этикетках продуктов питания в калории, разделите их на четыре.)
Поскольку работа и энергия – это две стороны одной медали, мы можем смело рассматривать всю работу, которую выполняют наши клетки, и всю энергию, которую они потребляют, как два способа измерения одного и того же. Можно использовать понятия «метаболизм» и «расход энергии» как взаимозаменяемые. Вот почему биологи-эволюционисты, такие как я, а также врачи и сотрудники общественного здравоохранения, так зациклены на расходовании энергии, в которой мы измеряем скорость обмена веществ, ведь это самый главный показатель активности организма. Скорость, с которой клетка выполняет работу, определяет скорость ее метаболизма, расход энергии в минуту. Сложите работу всех клеток в вашем теле, и вы получите общую скорость обмена веществ, энергию, которую вы тратите каждую минуту. Ваш метаболизм – это работа всего клеточного оркестра на пределе возможностей, когда звуки 37 триллионов микроскопических музыкантов сливаются в прекрасную симфонию.
Сложная метаболическая система, которая поддерживает нас и которую мы все считаем само собой разумеющейся, является чудом естественного отбора. Потребовался почти миллиард лет – неисчислимые триллионы поколений, квадриллионы фальстартов и тупиковых ветвей эволюции, – чтобы на этой планете развилась основная структура сегодняшних простейших одноклеточных метаболических систем, вечность проб и (в основном) ошибок. Нужно было еще два миллиарда лет, чтобы простейшие многоклеточные организмы с их интегрированными метаболическими системами и разделением труда эволюционировали[13 - Речь о типах питания, способах размножения, заселяемой територии – в общем, об образе жизни разных видов. – Прим. науч. ред.]. На этом пути жизни пришлось столкнуться с некоторыми серьезными проблемами в области фундаментальной химии: жир смешался с водой, а кислород, химическое вещество, которое сжигает и убивает, дает нам жизнь. Жиры и сахара, содержащие больше энергии на грамм, чем нитроглицерин, должны тщательно сжигаться для получения топлива, не взрывая организмы или не кипятя их заживо.
Общая скорость обмена веществ – это сумма энергии, которую тратят все клетки вашего тела каждую минуту.
И это даже не самая странная часть. Вся работа, которую выполняют наши тела, происходит за счет того, что клетки подпитываются микроскопическими чужеродными формами жизни, называемыми «митохондриями», которые живут в них. Митохондрии имеют свою собственную ДНК и двухмиллиардную эволюционную историю (а они ведь спасли все на Земле от неминуемой гибели). И большая часть работы по перевариванию пищи в пригодные для употребления кусочки выполняется обширной экосистемой, которая живет в вашем кишечнике. Микробиота включает в себя триллионы бактерий, которые заселяют весь ваш пищеварительный тракт, длинный и извилистый проход, соединяющий рот с анусом.
Все мы ходячие химеры: наполовину люди и наполовину неизвестные существа, совершающие обычное чудо превращения мертвой пищи в живых людей каждый день, не задумываясь ни на минуту. Это история, которую вы, вероятно, уже читали раньше. Скорее всего, на страницах учебника, да еще и приукрашенную в несколько раз. Но стоит послушать ее еще один раз.
Во всяком случае, это важнейшая основа, которая чрезвычайно необходима для понимания того, как питание влияет на здоровье и как тело сжигает энергию – как на самом деле устроена жизнь.
