Страница 6 из 10
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.