Обмен веществ и энергии в организме

Интенсивность обмена веществ и энергии в организме как в целом разумно представить в виде суммы интенсивностей метаболизма в его основных тканях, определенных in vitro. Культура любой ткани мыши дышит интенсивнее по сравнению с тканью крысы, а ткани последней в свою очередь потребляют больше кислорода на единицу веса, чем ткани собаки. Спустимся по ступенькам организации на молекулярный уровень. Концентрация гемоглобина у млекопитающих не зависит от размеров тела, а концентрация цитохромоксидазы, ключевого дыхательного фермента, так же как и удельная интенсивность метаболизма, обратно пропорциональна весу тела.

Установлено, что количество митохондрий (митохондрии — это небольшие клеточные органеллы, в которых находятся ферменты, осуществляющие окисление) в клетках печени в расчете на единицу веса зависит от размеров тела. Это установлено для крыс, кроликов, овец и крупного рогатого скота. То же самое справедливо и в отношении митохондрий мышечных клеток (экспериментальные данные имеются более чем для десяти видов). Общее количество митохондрий в организме млекопитающего тем больше, чем выше интенсивность метаболизма, причем наблюдается систематическое отставание от простой пропорциональности. Печеночная клетка, которую мы в самом начале вообразили размышляющей на палубе корабля, неодинакова у мыши и у человека: в мышиных клетках митохондрий больше.

На организменном уровне подоплека закона, описываемого кривой «от мыши до слона», наилучшим образом раскрыта одним из авторов книги «О размерах тел в природе» — Т. Мак-Магоном. Этот вопрос рассматривается и в книге Шмидт-Нильсена. Объяснение, как это ни странно, следует из одного требования, а именно: механическая нагрузка, обусловленная весом тела, должна быть ограничена пределами прочности на изгиб. Таким образом можно предсказать диаметр и длину костей у копытных животных (а кстати, и пропорции деревьев).

Поскольку мышечная система должна соответствовать скелетной, можно делать предсказания и относительно метаболизма в мышцах. Есть основания считать, что те же рассуждения приложимы и к организмам с Иной, чем у млекопитающих, структурой, так что проблема существенно расширяется.

Мак-Магон — инженер-физик; возможно, поэтому книга, написанная им совместно с Боннером, полна любопытнейших, обогащающих тему отступлений, касающихся велосипедов, гвоздей и летательных аппаратов. Относительная простота неодушевленных предметов помогает разобраться в более тонкой, изощренной инженерной мысли Природы. Аналогом кривой «от мыши до слона» является график зависимости мощности двигателя внутреннего сгорания от его массы. На нем мыши соответствует двигатель «Webra Speedy» для моделей самолетов, который весит немногим более ста граммов; на другом конце кривой располагается стотонный дизель. Согласие с теорией хотя и неполное, но достаточно хорошее. Наиболее поучительная закономерность обнаруживается при рассмотрении двигателей, разнообразие которых по типам топлива, механизмам зажигания и числу цилиндров столь велико, что противоречит идее о каком бы то ни было единстве. Закономерность состоит в том, что с увеличением массы двигателя число его оборотов уменьшается, а ход поршня увеличивается, так что скорость поршня остается неизменной.

Графики в логарифмическом масштабе, которыми пестрят страницы обеих книг, не есть точные опытные прямые. Этот способ позволяет обобщить данные, а кроме того, дает пищу для важных выводов. Профессор Шмидт-Нильсен напоминает читателю, что даже отклонения от закономерностей далеко не всегда представляют случайный «шум». «Они могут указывать на какую-то специфическую особенность, имеющую определенное значение.» Это касается и «излишне» большого числа двигателей на самолете, и завышенных метаболических затрат у морских млекопитающих (последние должны поддерживать постоянную температуру тела даже в условиях сильного охлаждения в ледяной воде).

Важный вопрос — локомоция. Живые существа летают, плавают, ходят, бегают, прыгают, лазают вверх и вниз, ловко скользят по воде, используя ее поверхностное натяжение. При внимательном рассмотрении выясняется, что все эти способы передвижения подчиняются определенным закономерностям.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.