Коротков Константин - Энергия наших мыслей

Не вызывает сомнения, что основным источником жизненной энергии для человека является пища. Самые замечательные продукты и вещества, попадая в организм, разлагаются до исходных молекул, и из них извлекаются активные электроны. Эти электроны способствуют формированию активных молекул АТФ, которые и обеспечивают энергетику мышечных клеток, обеспечивая сокращение волокон и энергетику нервных клеток, подпитывающих разряды нервных клеток при передаче возбуждения. Особенно энергозатратен наш мозг. Он потребляет до 30% всей энергии организма.

Мозг активен всегда. Память — это динамический процесс передачи нервного импульса с одного нейрона на другой. Поддержание как наследуемой (видоспецифической), так и приобретенной памяти крайне энергозатратно. Многие органы чувств работают, постоянно воспринимая и обрабатывая проходящий сигнал из внешней среды, что тоже требует непрерывного расходования энергии. Но все же потребление энергии мозгом в разных физиологических состояниях сильно различается. Чем более активна деятельность человека, тем большую энергию потребляет его мозг. Наибольшие энергозатраты у людей творческих, которые сознательно используют свой мозг для решения какой-то задачи.

Для теплокровных животных с относительно большим мозгом становится критичным размер тела. Маленьким “головастикам” без высококалорийного интенсивного питания просто не обойтись. Мелкие насекомоядные съедают ежедневно огромное количество пищи. Бурозубка ежедневно потребляет в несколько раз больше массы собственного тела. Обильно питание мелких летучих мышей и птиц. У более крупных млекопитающих отношение масса нервной системы/масса тела увеличивается в пользу тела. Вместе с уменьшением относительных размеров нервной системы снижается и доля потребляемой ею энергии. В связи с этим крупное животное с большим мозгом находится в более благоприятном положении, чем небольшое.

Энергетические затраты на содержание мозга становятся ограничителем интеллектуальной активности для мелких животных. Допустим, что американский крот-скалепус решил попользоваться своим мозгом так же интенсивно, как приматы или человек. Крот массой 40 г обладает головным мозгом массой 1,2 г и спинным мозгом вместе с периферической нервной системой массой примерно 0,9 г. Имея нервную систему, составляющую более 5% массы тела, крот затрачивает на ее содержание около 30% всех энергетических ресурсов организма. Если он за думается над решением шахматной задачи, то расходы его организма на содержание мозга удвоятся, а сам крот моментально погибнет от голода. Мозгу крота потребуется столько энергии, что возникнут неразрешимые проблемы со скоростью получения кислорода и досушки компонентов обмена веществ из желудочно-кишечного тракта. Появятся трудности с выведением продуктов метаболизма нервной системы и ее охлаждением. Таким образом, мелким насекомоядным и грызунам не суждено стать шахматистами.

У многих небольших животных с относительно большим мозгом возник механизм защиты организма от перерасхода энергии — торпидность, или впадание на несколько часов в спячку. Мелкие теплокровные вообще могут находиться в двух основных состояниях: гиперактивности и спячки. Промежуточное состояние малоэффективно, поскольку энергетические расходы не компенсируются поступающей пищей. В физиологии крупных млекопитающих торпидность невозможна, но все же крупные теплокровные тоже различными способами защищают себя от повышенных энергозатрат. Всем известна длительная зимняя псевдоспячка медведей, которая позволяет не расходовать энергию во время неблагоприятного для добычи пищи периода. В отношении экономии энергии еще более показательно поведение кошачьих. Львы, гепарды, тигры и пантеры, как и домашние кошки, основное время проводят в полудреме. Подсчитано, что кошачьи около 80% времени неактивны, а 20% тратят на поиск добычи, размножение и выяснение внутривидовых отношений. Но у них даже спячка не означает почти полной остановки жизненных процессов, как у небольших млекопитающих, амфибий и рептилий. Так что спите себе на здоровье, за это время ваш организм набирает энергию и решает массу интеллектуальных задач. Когда же, наконец, люди научатся эффективно обучаться во сне? Так бы хорошо было осваивать языки в приятной полудреме…

Все изложенные выше представления доказаны наукой и не вызывают сомнений. Но, как это часто бывает в науке, они не исчерпывают всего многообразия процессов и не позволяют ответить на все вопросы. И прежде всего — откуда спортсмены или военные черпают энергию в условиях сверхбольших нагрузок, почему тореро остается активным после двух часов корриды, как наша психика может резко увеличивать энергоотдачу? Рассмотрим противоречия современной науки на относительно простом примере.

МОЖЕТ ЛИ ПТИЦА ПЕРЕЛЕТЕТЬ ЧЕРЕЗ ОКЕАН, ИЛИ ОТКУДА СПОРТСМЕНЫ ЧЕРПАЮТ ЭНЕРГИЮ?

Общепризнано, что существуют два пути извлечения энергии для совершения мышечной работы: аэробный и анаэробный. Можно сказать, что они основаны на химическом преобразовании продуктов, потребляемых организмом, с переносом электронов в митохондрии с целью производства АТФ, служащих .энергетическими “батарейками” для мышц. Эта точка трения, казалось бы, хорошо описывает различные типы энергетического обеспечения организма, однако детальный биофизический анализ показывает, что данная концепция оказывается неполной.

Зададимся простым вопросом: может ли маленькая птичка перелететь через океан или совершить без остановки полет на сотни километров? Когда мы садимся в самолет и летим из Москвы в Париж, самолет на старте заправляют топливом, и на финише это топливо практически полностью расходуется. Все происходит в соответствии с законами физики: энергия молекулярных связей топлива переходит в энергию двигателей (правда, с учетом всех потерь коэффициент преобразования весьма низок, потому и грозит нам энергетический кризис). Если произвести расчеты затраченной и выделившейся энергии, все цифры хорошо совпадут. При этом выделение энергии происходит за счет уменьшения массы самолета, то есть массы его топлива.

В соответствии с такими расчетами птицы в полете должны расходовать массу своего тела для постоянного пополнения резерва АТФ — восполнения энергетического резерва. Лучше всего это делать за счет жиров, как наиболее энергетичного “топлива”. Поэтому во всех книжках написано, что птицы перед полетом много едят, чтобы образовать жировой запас, который и является источником энергии в полете. Посмотрим, как это происходит на самом деле.

В журнале “Nature” были опубликованы результаты исследований большой международной группы биологов1. Они провели прямые измерения энергетических затрат маленьких птичек: дроздов рода Catharus, которые в течение 42 дней путешествуют из Панамы в Канаду. Было показано, что на 4800 километров птицы (каждая весом около 30 грамм) затрачивают 4450 килоджоулей — примерно 0,93 килоджоуля на километр. При этом энергетические затраты на день полета (600 км без остановки в течение семи с половиной часов) составляют примерно 130 килоджоулей (кДж), что составляет 0,22 кДж на километр или 17 кДж на час полета. Эти данные хорошо совпадают с результатами расчетов и лабораторных измерений в воздушном туннеле2, и из их анализа ученые с удивлением обнаружили, что основную энергию птицы тратят не на полет, а на кормежку. Так что имейте в виду, что хороший обед — это большие энергетические затраты, поэтому не рекомендуется наедаться перед важной встречей, экзаменами или соревнованием. Но вернемся к птицам.