Почему у нас горячая кровь и в чём её преимущества перед холодной кровью

Ты когда-нибудь задумывался, почему у тебя «горячая кровь»? «Независимо от того, дрожим ли мы от холода в Антарктиде или потеем в пустыне Сахара, мы поддерживаем температуру тела на комфортном уровне 37 градусов по Цельсию, что, если вдуматься, очень впечатляет». «Как нам удаётся поддерживать такую стабильность? А как же животные с холодной кровью? «Ящерицы греются на солнце, змеи — на горячих камнях… Может, это хорошая эволюционная стратегия?» Но сначала давайте разберемся: что мы имеем в виду под терминами «холодная кровь» и «горячая кровь»? «Холодная кровь» на самом деле означает, что температура тела зависит от температуры окружающей среды. Таких организмов мы называем эктотермами: «экто» означает «извне», а «терм» — «температура», — объясняет эволюционный биолог Мануэль Леаль из Университета Миссури, изучающий ящериц в Карибском бассейне. «Теплокровные — это эндотермы: «эндо» означает «изнутри», то есть тепло, которое вы вырабатываете, используется для поддержания температуры тела». Однако эти термины немного вводят в заблуждение. «У только что проснувшейся змеи может быть холодная кровь, но после того, как она немного погреется на солнце, она может стать горячее, чем многие млекопитающие. Как говорит Леаль, «холод — понятие относительное: если вы возьмете ящерицу в пустыне, то скажете, что она горячее вас. В этом смысле «холоднокровным» будете вы». «Любопытно, что это выражение возникло из теории гуморов, разработанной врачами Древней Греции, такими как Гиппократ и Гален, которая доминировала в науке вплоть до XVII века». По мнению древних врачей, жидкости организма (гуморы) определяли характер. «Кровь считалась по умолчанию горячим и огненным элементом. Считалось, что когда человек злился, влюблялся или пугался, его кровь буквально нагревалась и начинала кипеть в сердце. Отсюда и произошли такие выражения, как «у меня кровь кипит». «К концу XVI — началу XVII века писатели начали использовать эту медицинскую логику для описания человеческого поведения. Таким образом, метафора старше самого биологического термина». Люди уже говорили, что убийца действует «хладнокровно» (в XVII веке), задолго до того, как учёные XVIII и XIX веков начали формально классифицировать рептилий и амфибий как «хладнокровных животных». «С самого начала все животные были эктотермами, поскольку мы происходим от рыб, которые, без исключения, являются эктотермами. «Разница возникла, когда у некоторых животных появились перья или шерсть, что позволило им начать поддерживать температуру тела. Именно тогда появились эндотермы». «Они по-прежнему составляют меньшинство: большинство животных на планете — холоднокровные». После миллионов лет эволюции ситуация стала немного сложнее. На самом деле, люди практически лишены волосяного покрова. «Так как же нам удается согреваться?» «Как млекопитающие, мы вырабатываем много внутреннего тепла просто благодаря тому, что живем, — за счет метаболической активности», — рассказывает Саймон Ходдер, директор Центра исследований в области экологической эргономики Университета Лафборо (Великобритания). « «Можно представить это как интеллектуальную систему центрального отопления: она помогает нам, когда нам холодно, но также помогает отводить тепло, когда нам становится слишком жарко». «Вместо воды, текущей по трубам, у нас по венам течет кровь. Кровь циркулирует по телу, доставляя тепло к конечностям и унося оттуда охлажденную кровь. Даже во время сна, не прилагая никаких усилий, мы продолжаем вырабатывать тепло: его меньше, но нам нужно поддерживать эти 37 градусов». «А почему именно 37 градусов? Ответ связан с химией. Ферменты — белки, которые осуществляют реакции внутри клеток — работают с максимальной эффективностью при этой температуре. При более низкой температуре реакции становятся слишком медленными, чтобы поддерживать жизнь активного теплокровного животного. При более высокой температуре те же самые белки начинают терять свою форму, обмен веществ выходит из-под контроля, а ткани повреждаются: именно поэтому высокая температура так опасна. «Чтобы поддерживать эту оптимальную температуру, когда становится жарко, организм направляет больше крови к коже, чтобы снизить температуру: это и есть расширение сосудов». «Обычно ваша центральная температура составляет 37 градусов, а температура кожи — около 33». «Поэтому мы считаем, что 25 градусов — это комфортная температура: существует перепад между 33 и 25 градусами, и мы легко отдаем тепло в окружающую среду», — объясняет Ходдер. «Когда этот перепад уменьшается — например, во время жары, когда температура воздуха превышает 33 градуса, — в дело вступает пот: «Пот испаряется с кожи, и это снова охлаждает её». «В холодную погоду происходит обратное. Кожа фиксирует понижение температуры и запускает защитную реакцию: кровоток к периферии сужается (сосудосужение), чтобы защитить центральные органы, такие как сердце, лёгкие, печень и мозг». А кто дирижирует всем этим оркестром? Гипоталамус — область мозга, которая функционирует как термостат организма. Он постоянно получает информацию от датчиков температуры на коже и на ее основе решает, нужно ли потеть, дрожать, расширять или сужать кровеносные сосуды. «Так устроены люди, но не все животные такие, как мы». Некоторые эндотермы являются гетеротермами: их температура тела не всегда стабильна. Например, колибри ночью резко снижают свой метаболизм и температуру тела, чтобы выжить без пищи во время отдыха. «Другие животные впадают в спячку, чтобы пережить зиму, не выходя на поиски пищи, медленно расходуя свои жировые запасы до тех пор, пока не наступит время пробуждения». Холоднокровные животные, в свою очередь, подстраиваются под температуру окружающей среды. Они бывают самых разных видов: от тех, кто мирно греется на солнышке, до тех, кто всегда живет в тени, и чьи мышцы и весь организм приспособлены к нормальному функционированию при более низких температурах, или тех, кто живет в пустыне и выходит только ночью, когда накопленное днем тепло высвобождается из почвы и они могут им воспользоваться». И если мы заставили вас подумать об игуанах или змеях, не забудьте упомянуть насекомых, ведь подавляющее большинство из них — эктотермы, хотя есть и такие, которые могут генерировать тепло и регулировать свою температуру, по крайней мере в определённые моменты. Пчёлы, например, сокращают летательные мышцы, не двигая крыльями, и таким образом согревают колонию. «Но как им удаётся не задохнуться, когда становится очень жарко?» «У насекомых нет легких, как у нас, у них другой способ вентиляции, и они очень быстро потеют, регулируя температуру тела, — это им помогает», — отмечает Леаль. «Кроме того, маленькое животное может выйти на солнце и согреться, но тут же перейти в тень и остыть с той же скоростью». Ключ кроется в соотношении поверхности и объёма: у мелких животных большая поверхность по сравнению с объёмом, поэтому они быстро нагреваются на солнце и столь же быстро теряют тепло в тени. Крупные животные, имея пропорционально меньшую поверхность, дольше нагреваются, но и удерживают тепло гораздо дольше. «Наши пушистые предки научились генерировать и сохранять собственное тепло тела. Но в чём заключалось их преимущество? Ведь если большинство видов животных по-прежнему остаются эктотермами, то, казалось бы, позволить окружающей среде делать всю работу — тоже неплохая стратегия. «Холоднокровность обходится с низкими энергетическими затратами. «С точки зрения ящерицы, ты можешь есть меньше, потому что используешь окружающую среду для поддержания нужной температуры», — объясняет Леаль. «Её скорость метаболизма, которая обычно коррелирует с количеством необходимой энергии, значительно ниже, чем у человека или любого млекопитающего. Поэтому с точки зрения энергопотребления очень выгодно не полагаться полностью на собственные силы для выработки тепла». «Но быть эндотермом тоже имеет свои преимущества. «Самое большое преимущество — это независимость», — утверждает Юлия Новак, экофизиолог из Ливерпульского университета имени Джона Мурса (Англия). «Поскольку температура нашего тела остается довольно постоянной, наши ферменты, мышцы и нервная система постоянно работают вблизи своей оптимальной точки. Нам не нужно ждать восхода солнца, чтобы двигаться или спасаться от хищника. И мы можем обитать в холодном климате, что для рептилий или амфибий гораздо сложнее». «Несмотря на это, на вопрос, кем бы он хотел быть, Леаль не колеблется: «Если бы я мог выбирать, я бы стал эктотермом». «Большая часть энергии, которую мы, эндотермы, потребляем, уходит только на поддержание температуры тела. Эктотермам же живется проще, если они находят подходящее место, например, в Карибском бассейне, откуда я родом». «Если бы я мог жить в Пуэрто-Рико как ящерица, я мог бы быть активным каждый день, не тратя в три-четыре раза больше энергии только на то, чтобы согреться».