Зачем мы бежим, или Как догнать свою антилопу. Новый взгляд на эволюцию человека

Чему могут научить нас насекомые? Это настолько далекие от нас создания, что они могли бы возникнуть на другой планете. У них нет мозга в нашем понимании слова. Вместо этого у них цепочки нейронных кластеров разного размера. У них нет сосудов, печени, костей, легких, почек. У них совершенно иной набор гормонов. За исключением пустынных цикад, активных в летний полдень, насекомые не потеют, чтобы уменьшить температуру тела. Их «скелет» находится снаружи, а не внутри тела. У них нет гемоглобина, потому что в отличие от нас они не используют кровь для транспортировки кислорода. Для этого у них есть маленькие трубочки, называемые трахеями, которые связывают расположенные снаружи дыхальца с клетками, минуя всякую промежуточную систему кровообращения. Тем не менее, несмотря на огромные физиологические различия, они решают те же проблемы, что и мы, и по ряду показателей это самые успешные существа на планете.

Я довольно хорошо разбирался в бражниках. Джордж Бартоломью и Франц Энгельманн, мои консультанты по работе над диссертацией в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, обратили мое внимание на одну публикацию. В ней высказывалось предположение, что эти крупные насекомые могут регулировать температуру тела в полете – то есть поддерживать ее постоянной независимо от перепадов температуры внешней среды. Поскольку они летают по ночам и не могут греться на солнце подобно ящерицам и бабочкам, казалось, что дело в их метаболизме. Никто не знал, как им это удается и что вообще с ними происходит. Дело явно было в движении, и мои данные о мотыльках вскоре позволили связать их терморегуляцию с выносливостью в полете.

Бражник в процессе питания

Куколка бражника

В отличие от бабочек и пчел, бражники вечно передвигаются в поисках пищи. Подобно колибри, они порхают и перелетают от цветка к цветку, не приземляясь на них. Их тельце теплое только перед и во время полета. В отличие от колибри, после того как мотылек останавливается и приземляется, его тело тут же прекращает вырабатывать тепло. За одну-две минуты температура его тела остывает, по сути, до температуры воздуха.

Выделение тепла в атмосферу легче всего объяснить с помощью аналогии. Тепло тела, выделенное в воздух в процессе конвекции, подобно краске, вытекающей в воду из матерчатого мешка. Скорость распространения краски в воде зависит от градиента в зоне стыка сумки и воды. В конце, когда цвет внутри сумки сольется с внешним (то есть когда они достигнут одинаковой температуры), конвекция прекращается. Если мы поместим проницаемую сумку с краской (то есть с теплом) в стремительный водный поток (например, на ветер), то скорость потери краски (то есть охлаждение) значительно ускоряется, потому что ближайшие к сумке слои краски быстро вымываются, поддерживая цветовой градиент. Однако мы не остываем совершенно пассивно. Мы активно направляем тепло из глубины нашего тела к коже, чтобы поддержать более высокую температуру. Кроме того, мы потеем, что позволяет нам терять тепло вопреки разнице температур в том случае, если внешняя температура выше внутренней.

Как и нам, мотылькам требуется много внутреннего тепла, чтобы энергично двигаться. Когда температура окружающей среды низкая, они разогревают мышцы перед полетом специальным упражнением – медленно ускоряющейся дрожью летательных мышц. Впрочем, при низкой температуре они не производят больше тепла в полете, чем при высокой. Когда мы бегаем на холоде, наши мышцы ног тоже не дрожат на бегу. В движении мы повышаем метаболизм нашего тела с 1,5 до 30 ккал в минуту, но мы не можем остановить выработку тепла. Это неизбежный побочный эффект активности, даже если мы бегаем в жаркий день. Производство тепла и движение неразрывно связаны друг с другом. Мы, люди, можем производить меньше тепла, снизив темп, но этот способ не очень подходит бражнику: он вынужден тратить огромные объемы энергии, порхая в поисках еды. Короче говоря, выработка тепла у мотыльков оказалась побочным эффектом расходования энергии в полете. Тем не менее парадоксально, что температура тела насекомого в полете оставалась постоянной в необыкновенно большом спектре атмосферных температур, где пассивная потеря тепла должна была сильно варьироваться. Как им удается поддерживать температуру тела на постоянной высоте в условиях большого разнообразия окружающей среды при таком разном уровне пассивной конвекции?