Хлопок одной ладонью - Николай Кукушкин

До сих пор позвоночные предпочитали двигаться днем, а спать ночью (о том, почему животным вообще нужно спать, разговор впереди). Преимущества дневного образа жизни для дневного зверя человека очевидны: во-первых, днем лучше видно, во-вторых, днем теплее. Но в условиях, когда днем всем заправляют динозавры, ночь становится единственным возможным временем существования.

Цинодонты, вынужденные довольствоваться темным временем суток, развили ночное зрение и альтернативные органы чувств, чтобы справиться с первой проблемой ночи: низкой освещенностью. (Так, по крайней мере, гласит в целом общепринятая сегодня гипотеза «ночной бутылки».) Как мы увидим в следующих главах, кульминацией этих эволюционных инвестиций в новые способы познания мира стало возникновение коры больших полушарий. Этот верховный отдел мозга млекопитающих связывает органы чувств между собой, извлекая из их сигналов абстрактный смысл. Именно кора определяет большинство свойств нашего мышления и сознания. Так что нам есть за что поблагодарить динозавров, как благодарят строгих учителей после окончания школы.

Но если разнообразных органов чувств в природе несметное множество, то вот вторую проблему ночного образа жизни – низкую температуру – еще никто не пытался решить так, как ее решили мы.

Скорость всего

Есть такие силы природы, на которые жизнь никогда не пыталась повлиять: гравитация, например. Вплоть до XX в. ни одно живое существо (по крайней мере, из рожденных на нашей планете) не знало иной гравитации, кроме той, что действует на поверхности Земли. У живых существ могут быть приспособления к этой гравитации (кости, стебли), но нет органов, влияющих на гравитационное поле.

Ситуация с температурой, конечно, менее радикальна, но в целом похожа. Температура большинства живых организмов в природе в подавляющем большинстве случаев равна температуре среды, в которой эти организмы находятся. Вплоть до недавнего – в эволюционных масштабах – времени никому и в голову не приходило, что температура тела может отличаться от температуры среды.

До выхода животных на сушу такое было практически невозможно. Вода лучше проводит тепло, чем воздух. Поэтому, например, вода комнатной температуры кажется холоднее, чем воздух комнатной температуры. Наше тело одинаково горячее и того и другого, но если опустить руку в воду, то тепло теряется быстрее. (По той же, только обратной, причине вода при температуре 100 °C – это кипяток, а воздух при температуре 100 °C – это горячая, но вполне комфортная сауна.) Из-за того, что вода так быстро отводит тепло, в воде поддерживать температуру тела иную, чем сама вода, очень трудно. Выход же на сушу создает предпосылки для заигрываний с температурами тела, превышающими температуру воздуха.

В чем смысл этих экспериментов? Зачем животному может понадобиться быть горячее, чем диктует среда? Компьютеры, например, тратят массу энергии, чтобы наоборот, охладиться до температуры окружающего воздуха. Зачем же разогревать собственное тело?

Температура тела влияет на массу вещей в организме – можно сказать, что она влияет на все вещи. Но все, что температура с этими вещами делает, сводится к одной идее – скорости. Температура по сути и есть скорость, с которой молекулы носятся туда-сюда и бьются друг о друга (это то, что мы ощущаем как тепло). Вместе со скоростью молекул меняется скорость химических реакций. Вместе со скоростью химических реакций меняется скорость расщепления еды, скорость продвижения заряда по нервным клеткам, скорость сокращения мышц и все остальное, что делает организм. Поэтому более горячий организм – значит более быстрый организм.

Традиционное название этой новой идеи – что тело может быть горячее, чем среда, – это теплокровность. Противоположность ее, то есть исходный, наиболее распространенный вариант, при котором температура тела равна температуре окружающей среды, традиционно называется холоднокровностью. Сегодняшние зоологи предпочитают более детальные термины, отражающие стабильность / нестабильность температуры тела либо источник тепла в организме, но я постараюсь для простоты ограничиться «теплокровностью» и «холоднокровностью».

Сам факт жизнедеятельности уже повышает температуру тела, потому что жизнь состоит из превращений энергии из одной формы в другую, а при каждом превращении энергии часть ее всегда расплескивается в форме тепла. Из-за этого разогреваются процессоры, атомные реакторы, и точно так же от этого разогреваются мышцы и мозги. Так что живой организм по определению производит тепло. Просто для большинства животных количество этого тепла настолько незначительное, что оно внутри тела не задерживается.

Тепло теряется путем излучения или испарения с поверхности тела, а чем тело крупнее, тем меньше у него площадь поверхности из расчета на массу. Поэтому чем животное крупнее, тем медленнее оно остывает, как разогретая чугунная сковорода по сравнению с мелкой тефлоновой (поэтому же, кстати, два человека могут согреться, тесно прижавшись друг к другу). Крупное животное на суше просто благодаря своим размерам и базовой жизнедеятельности может накопить в себе достаточно тепла, чтобы быть стабильно горячее окружающего воздуха. Чем оно горячее, тем быстрее в нем протекает та же самая жизнедеятельность, которая это же тепло и производит. Химические реакции разогревают друг друга и тем самым разгоняют весь метаболизм. Это дает животному два принципиальных преимущества: во-первых, взвинчивает его физические способности, во-вторых, позволяет жить там, где раньше было слишком холодно.

Примерно так могла выглядеть промежуточная форма между холоднокровностью и теплокровностью65. Сам факт, что нашим позвоночным предкам удалось дорасти до гигантских размеров, говорит о том, что им удалось разогреть свои организмы, а следовательно, ускорить биохимические реакции в них протекающие, по сравнению с мелкими лягушками, чья температура тела совпадает с температурой среды. Викторианский образ «ужасной ящерицы», холоднокровной и медлительной, не учитывал тепловой инерционности крупного тела. Сегодня известны и другие признаки частичной теплокровности динозавров66. Судя и по оперению, и по механике движения, и по распространению динозавров в умеренных широтах, эти животные в своей эволюции стремились сохранить внутреннее тепло и успешно его сохраняли, что позволяло им быть мощными, быстрыми и почти наверняка горячими на ощупь.

Скорее всего, для наших предков синапсид до Великого вымирания тоже была характерна подобная форма промежуточной теплокровности. Такой вывод можно сделать на основании анализа формы носовых пазух, которые служат неплохим индикатором интенсивности метаболизма. При дыхании через нос воздух соприкасается с обонятельным эпителием, который улавливает запахи. Чем активнее обмен веществ, тем чаще животное дышит и, следовательно, тем сильнее у него этот эпителий высыхает. В результате у животных с более интенсивным метаболизмом носовые пазухи более сложные и разветвленные. Это связано с наличием дополнительной, необонятельной поверхности, увлажняющей воздух и защищающей тем самым обоняние67. По этому признаку в позднем карбоне у синапсид, в частности у крупных (20–100 кг) хищников, уже видны зачатки теплокровности68.