Уход за ребенком обходится еще дороже. Производство молока для матерей, чьи дети находятся исключительно на грудном вскармливании (никаких других продуктов питания), «стоит» около 500 ккал в день, а в год — 180 000 ккал — больше, чем пеший туризм по Аппалачской тропе. Часть этой энергии поступает из жировых запасов, накопленных во время беременности (7700 ккал на каждый потерянный килограмм). И, как и во время вынашивания плода, большая часть ее питает основной обмен ребенка, а меньшая идет на рост новых тканей.
Игра жизни
Но если рассматривать рост и воспроизводство исключительно как издержки, то упускается фундаментальный факт: калории не просто расходуются, они инвестируются. Что касается эволюции, то жизнь — это игра по превращению энергии в потомство. Чем больше энергии затрачивается на размножение, тем больше потомство, и именно так можно выиграть эту гонку: создать следующее поколение с большим количеством ваших генов, а не чьих-либо еще. Больше энергии, затраченной на рост и размножение, может также дать более крепкое потомство, то есть такое, у которого еще больше шансов на выживание и дальнейшее размножение. Любые другие затраты — иммунная защита, работа мозга, пищеварение — имеют смысл только в той мере, в какой в долгосрочной перспективе улучшают способность направлять энергию на воспроизводство.
Поэтому неудивительно, что наше развитие — темп роста, размножение и старение — тесно связаны с обменом веществ. Два больших скачка в метаболической эволюции, от холоднокровных рептилий к теплокровным птицам (эти два события не зависели друг от друга) и к млекопитающим, были непосредственно связаны с изменениями темпа роста и размножения этих животных. Млекопитающие и птицы развили ускоренный метаболизм, сжигая в десять раз больше калорий в день, чем их предки-рептилии. В каждом случае этому радикальному метаболическому ускорению благоприятствовал естественный отбор, поскольку благодаря ему увеличивалось количество энергии, затрачиваемой на рост и размножение. Млекопитающие растут в пять раз быстрее рептилий и тратят на размножение примерно в четыре раза больше энергии. Птицы имеют столь же высокие темпы роста и воспроизводства.
Природа играет в шахматы, а не в шашки. В игре жизни существует столько же выигрышных стратегий, сколько и видов на планете. Лучший вариант зависит от условий среды и от стратегий тех, кто вас окружает. Высокоэнергетические стратегии имеют очевидные преимущества, но низкоэнергетические с минимальным риском тоже могут привести к победе. Так, рептилии, рыбы, насекомые и другие холоднокровные представители животного мира с замедленным метаболизмом остаются невероятно успешными, несмотря на прогресс млекопитающих и птиц. У самых ранних представителей нашей ветви развития, приматов, метаболизм намного медленнее, а жизненный цикл длиннее. И такое изменение произошло около шестидесяти пяти миллионов лет назад (см. Главу 1). Это оказалось очень хитрым ходом. Темпы кратковременного рос та и размножения снизились, но более медленный метаболизм также растягивал продолжительность жизни и приводил к успешному размножению. Приматы уступили в спринте, но выиграли марафон, став одним из самых эффективных и плодовитых представителей млекопитающих.
Скорость обмена веществ также формирует жизненный цикл в отдельно взятой группе. Для каждой из основных групп позвоночных — плацентарных млекопитающих (приматов и других), сумчатых, пресмыкающихся, птиц, рыб, амфибий — скорость метаболизма растет с увеличением размеров тела (см. Рис. 3.2). Так же, как мы видели на примере скорости основного обмена человека ранее, количество калорий в день резко повышается у мелких животных, а вот у более крупных видов, наоборот, снижается. Это так называемый метаболический закон Клайбера, названный в честь швейцарского диетолога Макса Клайбера, который вместе с другими исследователями описал взаимосвязь между скоростью обмена веществ и массой тела в 1930-х годах. Используя измерения скорости основного обмена для целого ряда видов, Клайбер утверждал, что скорость метаболизма пропорциональна массе организма в соотношении 3/4. С момента этого предположения прошло почти столетие, и теперь мы также знаем, что этот принцип верен для общих ежедневных энергетических затрат, а не только для скорости основного обмена. Кривая показаний для каждый группы различается — например, график рептилий находится ниже, чем млекопитающих, но все они имеют показатель степени (форму кривой) около 0,75, как показано на Рис. 3.2.
Как мы видим на Рис. 3.2, суточные затраты энергии зависят от размера тела: более крупные животные сжигают больше калорий в день.
Рис. 3.3. Суточные затраты энергии у млекопитающих, птиц, приматов и рептилий, не являющихся приматами (НП
[25]). Птицы и млекопитающие-неприматы (НП) тратят гораздо больше энергии каждый день, чем приматы, сумчатые и рептилии. Более крупные животные расходуют больше энергии каждый день (слева). Но мелкие животные сжигают гораздо больше энергии на кг, чем крупные (справа), согласно закону Клайбера. Виды с большими затратами энергии на кг, как правило, растут быстрее, размножаются активнее и умирают в более раннем возрасте, чем виды с меньшим расходом на кг. Приматы (включая человека) расходуют гораздо меньше энергии каждый день, чем другие млекопитающие, что соответствует их долгому жизненному циклу.
Но показатель меньше 1 означает, что маленькие животные сжигают намного больше энергии на килограмм ткани, чем крупные. По причинам, которые до сих пор не вполне понятны науке, клетки мелких животных работают усерднее и сжигают калории быстрее. Каждая клетка мыши ежедневно тратит в десять раз больше энергии, чем клетка оленя.
Темпы роста и воспроизводства можно описать теми же самыми характерными кривыми. У птиц, млекопитающих (приматов и других) и рептилий скорость роста и размножения становится больше с увеличением массы тела в степени 0,75 по шкале Клайбера, начиная от 0,45 до 0,82 (Рис. 3.2). Это означает, что при своих размерах тела маленькие животные растут и размножаются быстрее, чем более крупные. Самка северного оленя весом 100 кг рожает одного 6-килограммового детеныша каждый год, что эквивалентно 6 процентам ее собственного веса тела. За это же время самка мыши весом в 25 г производит на свет пять раз по семь детенышей, что эквивалентно 500 процентам массы ее тела. Эта разница вполне соответствует десятикратно более высокой скорости клеточного метаболизма мыши. Темпы роста сравниваются таким же образом. Мыши вырастают в тридцать раз больше своего веса при рождении всего за сорок два дня, а северные олени — в пятнадцать раз, и это занимает у них почти два года. Скорость обмена веществ — не единственное, что определяет темпы роста и размножения, но она, несомненно, задает определенные рамки.
