Научный взгляд: зачем мы (и верблюды) бегаем?

«Я утверждаю, что наши способность и страсть к бегу — это наше древнее наследие, сохранившиеся навыки выносливых хищников, — пишет Бернд Хайнрих. — Хотя в современном представителе нашего вида они могут быть замаскированы, наш организм всё еще готов бегать и/или преследовать воображаемых антилоп».

• Издательства «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляют книгу Бернда Хайнриха «Зачем мы бежим, или Как догнать свою антилопу. Новый взгляд на эволюцию человека» (перевод Алексея Целунова).

• Бернд Хайнрих — профессор биологии, обладатель мирового рекорда и нескольких рекордов США в марафонских забегах, физиолог, специалист по вопросам терморегуляции и физическим упражнениям. В этой книге он размышляет о спортивном беге как ученый в области естественных наук, рассказывает о своем участии в забеге на 100 километров, положившем начало его карьере в ультрамарафоне, и проводит параллели между человеком и остальным животным миром. Выносливость, интеллект, воля к победе — вот главный девиз бегунов на сверхмарафонские дистанции, способный привести к высочайшим достижениям.

• Предлагаем прочитать фрагмент главы «Секреты сверхвыносливости верблюдов», где описываются результаты экспериментальных исследований, проведенных в 1950-е годы Кнутом и Бодил Шмидт-Нильсен.

«Я утверждаю, что наши способность и страсть к бегу — это наше древнее наследие, сохранившиеся навыки выносливых хищников, — пишет Бернд Хайнрих. — Хотя в современном представителе нашего вида они могут быть замаскированы, наш организм всё еще готов бегать и/или преследовать воображаемых антилоп. Мы не всегда видим их в действительности, но наше воображение побуждает нас заглядывать далеко за пределы горизонта. Книга служит напоминанием о том, что ключ к пониманию наших эволюционных адаптаций — тех, что делают нас уникальными, — лежит в наблюдении за другими животными и уроках, которые мы из этого извлекаем».

Почти две тысячи лет считалось, что секрет выносливости верблюда — в запасах воды. Плиний Старший (23–79) утверждал, что верблюды хранят воду в своем желудке, и это исстари принималось как факт. С Плинием согласились авторы вышедшей в 1950 году научной публикации, в которой подробно описаны водные мешки (железы с пищеварительными жидкостями?), расположенные по бокам рубца (первый из двух желудков жвачных животных). Когда Шмидт-Нильсены заинтересовались, как верблюды могут неделями обходиться без питья в жарком пустынном климате, сваливающем человека с ног за один день, они обнаружили у них не больше водных запасов, чем у тех крупных травоядных, которым необходимо пить ежедневно.

Шмидт-Нильсены с помощью нескольких простых расчетов опровергли и еще один миф, заключавшийся в том, что жир в горбе верблюда является ключом к водному балансу. Горб дает тень, а жир участвует в регуляции жидкости, но только косвенно. Горб весом 10–15 кг действительно резко сокращается у голодающего и обезвоженного верблюда, но это происходит из-за того, что жир используется в качестве источника энергии.

В результате метаболизма съеденной пищи образуются побочные продукты — углекислый газ и вода. При сжигании определенного веса корма вырабатывается большее количество этой метаболической воды, чем белков или углеводов. В то же время кислород, необходимый для любого обмена веществ, требует процесса дыхания, а дыхание приводит к выдоху насыщенного водой воздуха. В самых сухих пустынных условиях c выдыхаемым воздухом теряется больше воды, чем если бы жир окислялся только для получения воды. Поэтому утверждение о том, что верблюды перерабатывают жир в своем горбу, чтобы получить воду, неверно.

На самом деле горб верблюда — это скорее аналог поясной сумки, которую иногда используют участники ультрамарафона, если «заправочных станций» мало и они расположены далеко друг от друга. В ней не только вода. Чаще это концентрированная еда, вроде популярных ныне энергетических батончиков. Преимущество перетаскивания жира на спине вместо равномерного распределения по всему телу заключается в том, что это оставляет живот и другие находящиеся в тени участки менее изолированными от окружающей среды и, следовательно, позволяет им терять тепло тела. Возможно, еще важнее то, что толстый горб служит, как и волосы у нас на голове, тепловой защитой от солнца в середине дня, так что меньше воды теряется при потоотделении.

Среди прочего секрет верблюда заключается просто в его выносливости и способности выживать в засушливых условиях. Мы окажемся при смерти, если потеряем часть воды, равную примерно 12% массы тела, а верблюды могут пережить потерю воды до 40% массы тела. После обезвоживания верблюд может выпить воды в количестве около 20–25% от массы тела за один прием. Как и у людей, жидкость поступает в плазму крови из желудка относительно медленно. Нужно около часа, чтобы достичь 25-процентного баланса.

Верблюды могут перенести такую степень разжижения крови, которая невыносима для других млекопитающих, в том числе для человека. Наши клетки крови набухают и разрываются при разжижении, и мы можем заболеть или даже умереть от гипергидратации, если выпьем слишком много жидкости, особенно когда она близка к дистиллированной (не содержит солей или сахаров) и из-за этого поглощается быстрее. Невозможно определить конкретное количество воды или концентрацию веществ в ней для восстановления водного баланса во время бега. Эти показатели варьируются в зависимости от условий бега и от конкретного организма. Чаще всего бегуны пьют слишком мало и страдают от теплового удара. Верблюды не испытывают проблем от чрезмерного потребления воды, их кровяные клетки могут разбухнуть до 240%, не разорвавшись.

В организме человека и верблюда плазма крови содержит около 16% общего количества воды. Когда верблюд теряет 25% жидкости, объем его крови снижается лишь на 1% или даже меньше, в то время как у человека он падает более чем в три раза. Эритроциты остаются, но кровь густеет. Загустевшая кровь становится вязкой, как холодная патока; это сильно нарушает кровоток и напрягает сердце, снижая способность крови легко циркулировать и переносить тепло, выделяющееся с поверхности кожи. Появляется риск смерти от теплового удара. Эритроциты верблюда (красные кровяные клетки) имеют уникальную овальную форму и маленький размер, снижая вязкость крови и обеспечивая циркуляцию через капилляры, несмотря на потерю жидкости.

Характерная особенность поддержания водного баланса у верблюдов связана с их способностью уменьшать потери воды с мочеиспусканием. Мы можем производить только мочу, которая содержит меньше солей, чем морская вода. В противоположность этому мощные почки верблюдов могут сделать мочу вдвое более концентрированной, чем морская вода, что позволяет им избавляться от большого количества отходов, не растрачивая много жидкости. Верблюды не страдают и при употреблении солоноватой или соленой воды, из-за которой у нас будет обезвоживание, поскольку мы, напротив, расходуем воду для вымывания попавших в организм солей. Верблюды еще больше снижают выработку мочевины (и, следовательно, потерю воды с мочой) за счет использования микробной флоры в рубце. Их кишечные микробы перерабатывают отходы мочевины от белкового метаболизма обратно в белки, которые затем поглощаются в качестве питательного вещества, а не вымываются из организма. Сочетание этих механизмов позволяет верблюдам экономить больше воды для потоотделения, что, в свою очередь, помогает им перемещаться на более далекие расстояния в жару.

Как и многие другие пустынные млекопитающие, верблюд обладает одним из основных адаптационных механизмов увеличения выносливости при ограниченных запасах пищи и воды: способностью к регуляции метаболизма через температуру тела. Чем выше температура тела, тем выше скорость метаболизма и выработка тепла. Одновременное снижение скорости метаболизма и температуры тела имеет решающее значение, когда поступление тепла становится чрезмерным и организм должен удерживать планку при критической высокой температуре, которая требует расхода ценной жидкости через пот.

Животные пустыни, находясь под прямым солнечным светом, должны разрешить парадокс. Они должны стараться увеличить отдачу метаболического тепла, для чего нужен более тонкий мех, и уменьшить поступление солнечного тепла, для чего нужен мех более толстый. Решение проблемы находится в распределении изоляции. На затененных участках тела мех очень тонок или отсутствует вовсе, а на тех, что наиболее подвержены воздействию солнца, мех очень толстый. Как уже говорилось выше, потребление солнечного тепла у верблюда снижается за счет теплоизолирующего горба и толстого меха на спине. Температура поверхности меха на спине верблюда может достигать 70–80 °C (158–176 °F) при нормальном солнечном свете, не нанося вреда животному. Дело в том, что такие температуры воздействуют только на наружный слой меха. Сама кожа не может перенести такую температуру, и, оставленная голой, без регуляции, она быстро нагреется до этого состояния под воздействием прямых солнечных лучей. Верблюды не позволяют температуре поверхности своей кожи превышать 45 °C (113 °F). Есть только одно средство снижения температуры кожи: потоотделение, которое в условиях жаркой пустыни является основным водоотводом верблюдов и людей. Сравнивая потери воды у голых (стриженых) и обычных верблюдов, Кнут Шмидт-Нильсен обнаружил, что стриженый верблюд потерял летом на 50% больше воды, чем полностью покрытый мехом.

Основным источником тепла во время активности, конечно же, является внутреннее тепло, вырабатываемое в результате метаболизма тела. Хотя дневная температура воздуха в пустыне может регулярно достигать 40–45 °C (104–113 °F), ночью она обычно резко падает и едва превышает 30 градусов. Верблюды, лишенные воды, пользуются преимуществами ночных низких температур, понижая температуру тела до 34 °C (94 °F). Днем они позволяют температуре тела достигать 40,4 °C (104,7 °F). Низкая температура тела в ночное время суток снижает скорость обмена веществ в состоянии покоя и, следовательно, выработку внутреннего тепла. Относительно низкая температура тела по утрам также ведет к тому, что в начале пути верблюды идут медленно, зато какое-то время их температура тела не повышается и не требует потоотделения или остановки.

Кроме того, чем выше температура тела, которую они могут вынести, тем дольше они могут задерживать расход воды для терморегуляции (с другой стороны, напившись, верблюды регулируют температуру своего тела в гораздо более узких пределах — 36–39 °C (97–102 °F). Кажущееся неумение верблюда регулировать температуру тела, как и медленный темп, долгое время считались недостатком. Однако и то и другое — изящные приспособления для хорошей выносливости при длительных переходах по пустыне. Неизвестно, являются ли их эволюционные решения, связанные с выносливостью и экономией воды, результатом многовекового воздействия тепла и жажды, генетического кода или того и другого вместе. Наша собственная температура тела, как и у верблюда, опускается по ночам на 2–3 °F (1–1,5 °C) ниже «нормальной», и с ней падает частота сердечных сокращений. Большинству из нас требуется время, чтобы разогреться и набрать скорость.

Таким образом, верблюды способны преодолевать большие расстояния в жару по пустыне, потому что они мастерски экономят воду. Это достигается за счет медленного старта при относительно низкой температуре тела и переносимости обезвоживания и высокой температуры тела. Они по возможности снижают температуру тела, защищаясь от солнца, и обладают замечательным набором физиологических приспособлений, которые сводят к минимуму расход воды для выделения отходов жизнедеятельности. Химический состав их крови помогает им спокойно переносить обезвоживание.

Polit.ru

Сколько воды нам надо в сутки? Инструкция по расчету вашей нормы

Всем известно утверждение, что для здоровья важно выпивать не менее двух литров воды в день. Насколько оно соответствует действительности? И как рассчитать свою индивидуальную норму потребления жидкости? Разберемся в сегодняшнем материале.

Диетолог: идеальный завтрак существует!

Для завтрака идеально подходит каша, приготовленная из цельного зерна. Об этом заявила врач-диетолог Марьяна Джутова, пишет РИАМО

Яблоки: сколько штук в день не принесут вреда?

Яблоки — это источник витаминов, калия, магния, кальция, железа и других полезных компонентов. Однако, употребляя этот продукт, важно знать меру

Волшебная формула: 1 час ходьбы дает 2 часа 49 минут плюс к времени жизни

Если не лениться, чаще гулять и заниматься спортом, то можно продлить жизнь. Так утверждает врач-эндокринолог Зухра Павлова, пост она разместила в Telegram.

Каков ваш биологический возраст? Есть простой остроумный тест

Найден надежный индикатор старения. О нем рассказала врач-эндокринолог Зухра Павлова в Telegram — доктор привела данные по итогам исследования группы ученых.