Айзек Азимов - Энергия жизни. От искры до фотосинтеза

Энергия — это нечто, необходимое живому существу для осуществления усилий; но не только. Неживой предмет усилия совершать не способен, но обладать энергией — может. Нависший на краю скалы камень не способен совершить усилие для того, чтобы рухнуть вниз, но если его подтолкнет человек (или, скажем, ветер), то он может разрушить стоящий у подножия скалы дом. Это уже работа, а раз камень совершил работу, значит, он обладал энергией.

Таким образом, можно сказать, что ящерица и камень из примера, которым я начал эту книгу, различаются тем, что ящерица может переводить энергию, которой обладает, в работу по собственному усмотрению, а камень, какой бы энергией он ни обладал, не может перевести ее в работу без посторонней помощи.

Но давайте вернемся теперь, обогатив свой словарь такими понятиями, как «работа» и «энергия», к различию между человеком и другими формами жизни. Теперь мы можем отметить, что человек способен тратить энергию и производить работу ради отдаленного результата в некоем будущем.

Но является ли это уникальным отличительным свойством человека? Ведь и бобры строят плотины, и белки запасают орехи, и пауки плетут свои сети не для немедленного получения результата.

С нашей точки зрения, это совершенно разные вещи. Ни в одном из этих случаев, ни в одном из прочих примеров сложной деятельности животных и речи не идет ни о чем подобном человеческой предусмотрительности. Разница между действиями человека и животных столь очевидна, что человек автоматически заслуживает выделения в отдельный класс.

Но, повторюсь, так дело обстоит лишь с нашей точки зрения. Не является ли эта «очевидность» лишь проявлением предвзятости мышления и самооценки? Если некий инопланетянин возьмется изучать живой мир на Земле, увидит ли он какую-нибудь существенную разницу между пауком, ткущим паутину, и человеком, забрасывающим в море невод?

Было бы любопытно (и очень лестно) найти такое различие между нами и всеми прочими существами, которое было бы физическим, конкретным и явно понятным даже самому отстраненному внеземному наблюдателю. Мы уже сделали первый шаг, попытавшись провести различие между собой и другими живыми существами по способу использования энергии. Попытаемся развить эту тему.

Для этого стоило бы вернуться, например, в те далекие времена, когда человек еще не так сильно отличался от животного, и попытаться найти тот момент, когда в процессе развития цивилизации безошибочно проявилось то самое принципиальное различие между человеком и остальными живыми существами. Тогда мы и увидим, что это за различие.

В процессе такого исследования нам придется еще глубже изучить значение «энергии» и «работы». А это, в свою очередь, даст нам лучшее понимание механизмов жизни, которую мы определили пока что лишь как «способность совершать усилия».

Давайте зададимся вопросом не о том, с какой целью человек тратит энергию (это было бы слишком сложно объяснить инопланетянину), а о том, каким образом он это делает.

Начнем с того, что человек может тратить энергию, совершая работу, лишь в некоторых ограниченных пределах. Если ему нужно один за другим перенести двадцать камней по двадцать пять килограммов каждый на другое место, метрах в ста отсюда, он сможет выполнить такую задачу. Человек при этом будет двигаться медленно и периодически отдыхать, чтобы организм успевал возобновить запас энергии в количестве равном потраченному. Так, правильно рассчитывая силы и не торопясь, человек способен перетащить практически любое количество таких камней на практически любое расстояние — естественно, в рамках разумного.

Но если все эти камни объединить в один полутонный валун, то ни один человек не сможет его сдвинуть. Организм человека не способен аккумулировать достаточное количество энергии и потратить ее настолько быстро, чтобы разом поднять камень весом в полтонны. Скорость расходования энергии ученые называют «силой». Таким образом, мы можем сказать, что у человека, хоть и имеется достаточно энергии, чтобы поднять груз в полтонны весом, если на то будет достаточно времени, тем не менее силы для единовременного совершения такого действия не хватает.

Все вышеописанное в равной мере относится и к человеку, и к другим животным, разницы между ними в этой ситуации никакой. Человек обладает большей силой, чем мелкие зверьки, типа кошки или мышки, и меньшей силой, чем, например, лошадь или слон. Любое животное, сколь велико бы оно ни было, обладает лишь ограниченной силой.

Всем живым существам пришлось разработать способы более эффективного использования имеющейся в их распоряжении энергии. Например, бесполезно было бы пытаться прокусить толстый слой мышц добычи двумя плоскими деснами. А вот если снабдить эти десны твердыми зубами с острыми концами, то вся энергия смыкающихся челюстей, сама по себе не увеличившись, будет теперь сосредоточена на этих остриях. В целом прилагаемое усилие остается таким же, но усилие на единицу площади возрастет многократно, и поэтому в точке контакта удается прорвать плоть жертвы. Таким образом, тигр, с его клыками и когтями, является страшным хищником, а крупная лошадь, располагающая большим, чем у тигра, запасом энергии, становится для него не более чем легкой добычей.

Живые существа выработали множество способов потрясающего увеличения эффективности использования своей энергии, обретая таким образом способность быстро бегать, плавать и даже летать. Но расход энергии живого существа всегда остается ограниченным.

Если организм того или иного животного не выработал способности эффективно использовать энергию для некоего определенного действия, на помощь ему может прийти использование внешних предметов («инструментов»). Среди животных (не считая человека) способность использовать инструменты не особенно распространена, но все равно примеров можно привести достаточно. Птицы способны разбивать скорлупу устриц камнями, а некоторые насекомые даже умеют заваливать туннели камушками. Однако человек и родственные ему вымершие виды человекоподобных существ настолько превзошли всех остальных животных в использовании посторонних предметов в своей деятельности, что все достижения других животных в этой области можно отмести и определить человека как «животное, использующее инструменты».

Важным этапом стал момент, когда первобытный человек перестал довольствоваться теми более-менее подходящими предметами, что попадались ему под руку (как это делают и животные), а принялся специально изготовлять камни с особенно острыми гранями и наконечниками.

Поскольку инструмент — это вещь, с помощью которой энергия, прилагаемая на входе, передается на выход в измененном (более полезном с практической точки зрения) виде, то инструмент можно назвать «машиной». Мы привыкли думать о машинах как о сложных и больших механизмах, но на протяжении многих тысяч лет человечество пользовалось крайне простыми машинами.