Хлопок одной ладонью - Николай Кукушкин

Таким образом, наши предки, после Великого вымирания загнанные динозаврами в «ночное бутылочное горлышко», оказались в положении, в котором до них еще никто не оказывался. Произойдя от едва ли не самых крупных животных в истории планеты на тот момент, они были вынуждены вновь уменьшиться до размеров лягушек, если не больших жуков. Логично предположить, что все их химические реакции, ферменты, клетки и нервные пути были приспособлены к большому и хотя бы частично теплокровному организму. Но, как должны были вскоре выяснить наши уменьшенные предки, поддерживать все эти метаболические привычки на неизменном уровне традиционными способами просто невозможно.

Если большому животному для сохранения тепла не нужно изобретать ничего сложного, то мелкому животному удерживать свою температуру тела выше температуры окружающей среды гораздо труднее. Килограмм слона при комнатной температуре отдает за час гораздо меньше тепла, чем килограмм мышей. У слонов с мышами может быть одинаковая температура тела, но у мышей гораздо больше суммарная поверхность тела. Поскольку тепло среде отдает именно поверхность, мышам требуется производить больше тепла, чтобы поддерживать ту же самую температуру тела, что и слон.

Какие варианты развития были у уменьшенных синапсид? Можно смириться и остыть. Ящерицы, например, тоже не накапливают достаточно собственного тепла в силу своих размеров. Зато ящерицы замечательно умеют греться на солнце и благодаря такой постоянной температурной подзарядке могут иметь вполне «теплую кровь» все активное время суток[31]. Ящерицы бегают довольно шустро, правда, по сравнению с настоящими теплокровными быстро выдыхаются69.

Однако возможности погреться на солнышке у синапсид в век динозавров не было, потому что те принудили их к ночному образу жизни. Так что оставалось либо совершенно лишиться уже столь привычных преимуществ разогретого организма и, медленно перебирая ватными лапами, шарахаться от ночных лягушек, либо придумать что-то совсем другое, безумное и немыслимое. Какой из вариантов выбрали наши предки, читатель, несомненно, уже догадался.

Взломать метаболизм

Теплокровность млекопитающих – это высоковольтный провод, который разрезали и сунули в ведро с водой. Раньше все тепло в организме производилось само собой, как побочный продукт полезных процессов – например, пищеварения и движения мышц. Млекопитающие же от недостатка тепла идут на, казалось бы, безумную меру: они ломают себе метаболизм таким образом, чтобы тратить больше энергии. Просто так, почти безо всякой пользы, только чтобы сгорали питательные вещества и становилось теплее70, 71.

Тепло – это форма, в которую энергия превращается по умолчанию, можно сказать, ее самое любимое состояние, к которому она постоянно стремится. Поэтому обычно задача живого организма состоит в том, чтобы, наоборот, предотвратить превращение энергии в тепло и направить ее в полезное русло.

Например, в митохондриях энергия, запасенная в пище, превращается сначала в высокую концентрацию протонов, которые закачиваются в пространство между двумя мембранами этой органеллы. Далее протоны, как из накачанного шарика (только в данном случае наоборот, из накачанной оболочки шарика внутрь шарика), устремляются струей обратно в полость митохондрии. Эта струя протонов раскручивает ротор вставленной во внутреннюю мембрану турбины – АТФ-синтазы. Та превращает энергию струи в АТФ – разменную монету, которую принимают все полезные ферменты клетки. Короче говоря, чтобы успешно превратить еду в полезные функции, нужно, чтобы протоны прошли сквозь АТФ-синтазу. Так вот, млекопитающие изобретают специальный белок, UCP1, который, как и АТФ-синтаза, вставлен во внутреннюю мембрану митохондрии и который, как и АТФ-синтаза, пропускает протоны, но, в отличие от нее, не делает ничего полезного[32]. Протоны утекают сквозь UCP1, а АТФ-синтазу никто не раскручивает72. Куда при этом уходит энергия? Теряется, то есть рассеивается в виде тепла.

Это все равно как если бы матросы пытались согреться, делая пробоины в бортах корабля. Митохондрия просто тратит энергию вхолостую. Именно «холостыми» митохондриями, богатыми UCP1, и забиты клетки такой типично звериной ткани, как бурый жир. «Жиром» эта ткань называется из-за обилия в этих клетках самого энергоемкого питательного вещества, а «бурым» – из-за обилия плавающих в ее клетках митохондрий. В отличие от обычного, белого жира, чей девиз – «потом пригодится», девиз бурого жира – «гори все огнем». Его митохондрии постоянно сжигают жир с производством тепла.

Есть и другие процессы, которые тратят энергию без очевидной пользы, кроме тепла. Например, клетки млекопитающих с бóльшим рвением, чем у холоднокровных позвоночных, выкачивают наружу натрий и закачивают внутрь калий71. Эти положительно заряженные атомы, или ионы, по-разному распределены внутри и снаружи наших клеток. Натрия много снаружи, и он всегда стремится внутрь, а калий, наоборот, изобилен внутри и стремится наружу. Клетка постоянно трудится над тем, чтобы рассортировать эти ионы в обратном направлении – загнать калий в клетку, а от натрия избавиться, – и тратит на это уйму энергии. Но калий и натрий упорно продолжают течь туда, куда им хочется, поэтому потраченная энергия улетучивается в виде тепла. Поддержание баланса калия и натрия нужно, например, для проведения нервного сигнала нейроном или для выброса инсулина клеткой поджелудочной железы, но заодно это удобный способ пустить энергию на ветер. Еще один пример бесполезного действия, чей смысл исключительно в поднятии температуры тела, – это дрожание, то есть «холостое» сокращение мышц. Любопытно, что многими из этих процессов централизованно управляют гормоны щитовидной железы, которые у зверей как бы дирижируют бесполезными тратами энергии в организме70.