Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

Это означает, что лягушка и блоха должны прыгать одинаково высоко, если их мышцы вырабатывают одно и то же количество энергии на единицу поперечного сечения мышц за одно сокращение. Поскольку

имеющиеся в нашем распоряжении факты указывают на то, что вывод, к которому мы пришли (по крайней мере приближенно), верен, мы с необходимостью заключаем, что мышцы большинства живых существ, будь то блохи, лягушки, кенгуру или люди, обладают одинаковыми свойствами.

То, о чем я вам сейчас рассказал, верно не только для мышц. Как я писал в одной из своих статей: «Четыре десятилетия исследований не оставили у автора сомнений в том, что существует только одна жизнь и только одна живая материя, сколь бы различной ни была ее структура, сколь бы разнообразными ни были ее функции и сколь непохожими внешние проявления. Все мы лишь листья на кончиках ветвей одного и того же старого древа жизни. Даже если жизнь адаптируется к новым функциям и условиям, она снова и снова использует одни и те же старые принципы. Между травой и тем, кто ее косит, нет принципиального различия. Для движения мышцам косца необходимы те же самые два вещества, которые необходимы траве для роста: калий и фосфорная кислота. Именно эти два вещества мы вносим в почву нашей лужайки в качестве удобрения, иначе нам будет нечего косить, и это может служить яркой демонстрацией единства природа. Таким образом, в принципе безразлично, какой материал мы выберем, стремясь изучить, что такое жизнь, будь то трава или мышца, вирус или головной мозг. Если мы будем копать достаточно глубоко, то непременно достигнем центра — основных принципов, на которых зиждется жизнь и согласно которым она все еще продолжается».

— А что вы имеете в виду, когда говорите «если мы будем копать достаточно глубоко»? Что вы делаете, когда исследуете, как работает мышца?

Сент поколебался секунду-другую, а потом предложил:

— Не хотели бы вы посетить мою лабораторию? Гораздо легче показать вам, как все делается, чем пытаться объяснить, рисуя картинки на песке.

За разговором не заметили, как дошли до места. Сент сразу же провел мистера Томпкинса в комнату, где всюду, куда ни глянь, стояли лабораторные стаканы, проборки, колбы и прочая лабораторная утварь.

— Мне кажется, лучше всего начать, — предложил Сент, — с демонстрации простейшего примера, проще не бывает, мышечного сокращения. Прежде всего мы попробуем разобрать мышцу на составляющие, а затем попытаемся собрать из составляющих мышцу. Примерно то же мы делаем, разбирая на части, а затем снова собирая, часы. Проделав такую операцию, вы начинаете понимать, как работает часовой механизм.

— Когда вы говорите о том, что попытаетесь разобрать мышцу на составляющие, вы намереваетесь разобрать ее на атомы, из которых она состоит? — спросил мистер Томпкинс.

— О нет! Мы разберем мышцу еще более основательно. Мы растворим ее в подходящем солевом растворе, тем самым разобрав ее на молекулы, из которых она состоит, а затем разделим молекулы по сортам. Проделав это, мы попытаемся затем собрать из молекул мышцу.

— Но ведь это, должно быть, невероятно трудная задача. Неужели вам удалось решить ее?

— Я бы сказал, что нам удалось достичь некоторого понимания сути проблемы. Позвольте, я сейчас вам продемонстрирую. Основу мышцы образуют два белка: миозин и актин. Вы видите перед собой эти два белка, растворенные в соответствующих растворителях. Теперь я их смешаю.

С этими словами Сент отлил немного каждого раствора в лабораторный стакан и набрал смеси в шприц.

— Смотрите, — продолжил Сент. — Я выпущу смесь из шприца в подходящий солевой раствор, и образуется нить.

На глазах мистера Томпкинса в растворе действительно образовалась нить.

— Любопытно, — обронил он, но в его голосе не чувствовалось уверенности.

Сент заметил интонацию и улыбнулся:

— Актин и миозин образовали то, что мы по понятной причине называем актомиозином. Это то вещество, которое сокращается в мышце.

Теперь я добавлю каплю некоторого вещества, и нить сократится.

Мистер Томпкинс стал наблюдать за происходящим с большим интересом. Как и предсказал Сент, нить начала сокращаться, длина ее медленно уменьшилась.

— Потрясающее достижение! — воскликнул мистер Томпкинс.

— Рад, что вы так считаете, — с признательностью произнес Сент. — Мои сотрудники и я проработали многие годы, прежде чем нам удалось достичь этого.

— А что вы добавили, чтобы заставить актомиозин сократиться? — спросил мистер Томпкинс.

— Немного АТФ, сокращение, в точности обратное аббревиатуре ФТА — федерации теологов-атеистов. АТФ — универсальный носитель энергии в организме, своего рода биологический бензин. Он используется организмом, когда возникает необходимость в сокращении мышц, проведении нервного импульса, синтезе химических соединений, откачке отходов жизнедеятельности из крови в мочу и т. д. АТФ — универсальный носитель энергии не только в организме человека, но и в организме всех живых существ, буквально от капусты до королей.

Когда АТФ расщепляется в «двигателе» актомиозина, часть энергии, запасенной в АТФ, заставляет актомиозин сокращаться.

— А откуда берется АТФ? — спросил мистер Томпкинс.

— Он образуется при использовании химической энергии, содержащейся в съеденной вами пище, и возвращает эту энергию, когда в этом возникает необходимость, в частности, когда вы намереваетесь совершить движение той или иной частью тела.

— Понимаю. АТФ — что-то вроде паровой машины или бензинового мотора, — заметил мистер Томпкинс.

— Оба эти устройства используют химическую энергию сгорающего топлива, а затем превращают ее в механическую энергию.

— В каком-то смысле вы правы, только живые организмы превращают химическую энергию в механическую гораздо более рационально, чем паровые машины. С незапамятных времен люди сжигали топливо, чтобы согреться и приготовить пищу. В этих случаях тепло, выделяющееся при горении, и есть то, что нужно людям. Для выполнения механической работы люди использовали свои собственные мышцы или мышцы одомашненных животных.

Согласно легенде, около двухсот лет назад Джеймсу Уатту, когда он наблюдал за подпрыгивавшей крышкой кипящего чайника, пришла в голову идея, как превратить тепло в движение. В технике началась новая эра. Ныне тепловые двигатели тянут поезда, толкают речные и морские суда, вращают валы генераторов энергии на гидростанциях, тепловых станциях и т.д.

— Но это не верно, — заметил мистер Томпкинс. — Разве я тоже тепловой двигатель? Ведь когда я выполняю физическую работу, я разогреваюсь и, извините, потею.

— Вы правы, — ответил Сент. — Когда питательные вещества из продуктов питания соединяются в ваших мышцах с кислородом, некоторое тепло в мышцах действительно выделяется, но к работе мышц это имеет косвенное отношение. Электрический мотор также нагревается отчасти из-за трения между деталями, отчасти из-за того, что при прохождении тока через проводники, в последних выделяется тепло, но работу производит электрический ток, а не это тепло. Птицы и млекопитающие научились использовать тепло, выделяющееся в их мышцах, что позволяет им поддерживать постоянную температуру тела, а это полезно во многих отношениях. Например, постоянная температура тела позволяет им сохранять активность зимой, когда другие животные, например, змеи и лягушки, впадают в оцепенение. В отличие от птиц и млекопитающих у таких «хладнокровных» существ при изменениях внешней температуры изменяется скорость протекания различных жизненных процессов. Рыба в океане, попав в теплые воды течения Гольфстрим, начинает плыть несколько быстрее. Используя это обстоятельство, один из моих друзей, как-то раз сконструировал прибор, который назвал «муравей-термометр». Устроен прибор был очень просто: плоское узкое кольцо, по которому круг за кругом бегал муравей. Чем теплее воздух, тем быстрее бежит муравей. Мой приятель, мог измерять температуру, засекая по секундомеру, за сколько муравей пробегает круг. Разумеется, надежным такой инструмент никак не назовешь, это скорее забавная игрушка.