На холоде просыпается аппетит, а возросшее потребление пищи повышает уровень обмена веществ и теплопродукцию. Основной обмен у эскимосов на 33 % выше, чем у европейцев, – главным образом за счет традиционно богатого белками рациона, включающего около 0,5 кг мяса в день. Этим отчасти и объясняется их выносливость по отношению к холоду. Кроме того, в условиях постоянного холода подкожного жира откладывается больше. Сезонные колебания веса отмечены и у британцев – зимой люди набирают вес, летом сбрасывают. А еще бытует мнение, что в эпоху мини-юбок у девушек в странах с умеренным климатом бедра становились полнее (правда, скептики утверждают, что мини-юбки просто подчеркнули существующие недостатки). В любом случае, подобные колебания веса слишком незначительны, чтобы влиять на термобаланс, и жители холодных стран в массе своей ничуть не толще жителей тропиков. Хотя другие различия в строении тела у разных рас все же имеются, как отмечалось в главе 3.
Польза холода
Холод не всегда вреден. Во время Фолклендского конфликта было замечено, что многие бойцы необъяснимым образом выживали при тяжелых ранениях – таких как потеря конечности, например, хотя до помещения в полевой госпиталь проходило иногда немало часов. Как выяснилось впоследствии, сильный холод значительно снижал кровопотерю (как у лошадей Тирьона) и вызывал легкую гипотермию, уменьшавшую потребность организма в кислороде, позволяя раненому выжить, несмотря на потерю крови.
Низкая температура иногда намеренно создается во время операций, чтобы снизить скорость обмена веществ и уменьшить потребность тканей в кислороде. Тогда кровоток можно прервать, не повреждая ткань. В кардиохирургии, например, можно остановить сердце на срок до часа вливанием охлажденных до 4° С растворов (в остальной организм подает теплую кровь аппарат искусственного кровообращения). Кровь охлаждают и для определенных нейрохирургических операций, останавливая местное кровообращение на 15 минут. «Хладнокровие» может также помочь младенцам, пострадавшим от удушья во время тяжелых родов, предотвратить необратимые повреждения головного мозга. Такие повреждения развиваются в основном в первые день-два после родов, и у животных именно холод помогает уберечь мозг. В настоящее время проводятся эксперименты с участием детей, в ходе которых выясняется, сможет ли наполненный водой шлем, охлаждающий голову новорожденного младенца до 3° С, снизить повреждения мозга.
О пингвинах и белых медведях
Человеческий род развивался на равнинах Африки, поэтому наша морозоустойчивость ограничена. Однако многие животные, в отличие от нас, замечательно приспособлены к холодному климату. От мороза их защищает густой мех или толстый слой подкожного жира, у них крупное тело и короткие конечности, что способствует уменьшению площади поверхности по отношению к объему, а значит и сокращению теплоотдачи, кроме того, у многих в тканях и крови присутствуют белки-антифризы. Другие виды просто сокращают активность в холодное время года, на период зимовки позволяя организму сильно остыть и снижая тем самым уровень метаболизма. Способ этот настолько эффективен, что для многих животных настоящую трудность обитания в условиях сурового климата представляет не холод, а скудная кормежка.
Мех (и перо) греет за счет того, что воздух, заключенный между шерстинками или ворсинками, обеспечивает дополнительный слой изоляции. Поднимая шерсть дыбом или ероша перья, животные и птицы увеличивают эту воздушную прослойку и еще больше сокращают утечку тепла. Воздух – очень хороший изолятор. Именно поэтому многослойная одежда греет лучше, чем один, пусть и теплый, слой. То же самое касается нательной майки в сетку – несмотря на свою ажурность, она греет за счет воздушных «карманов». (Сетчатую майку изобрели для британской антарктической экспедиции на Землю Грэма 1920–1922 гг., и в моем детстве они еще были в ходу, хотя сейчас вышли из употребления.)
При сильном ветре защитные функции меха снижаются, поскольку ветер уносит теплый воздух из воздушных пазух. Теплее было бы носить шубу мехом внутрь, как делают эскимосы, но самим животным эта возможность недоступна. Понятно, что в развитых странах мех носится исключительно как дань моде или статусу, а не из практических соображений, поскольку мехом внутрь надеваются только дубленки.
Мех и перья отлично защищают на воздухе, но совершенно бесполезны в воде, поскольку без воздушной прослойки изолирующие свойства теряются. В воде гораздо лучшим изолятором служит жир или ворвань. У тюленей, например, имеются значительные запасы подкожного жира, как и у белых медведей, которые много времени проводят в ледяной воде. Именно поэтому тучный человек в холодной воде продержится дольше худого.
Встав голыми ногами на плавучую льдину, человек немедленно получит обморожение, однако пингвины стоят так всю жизнь – и ничего. Секрет в том, что ласты пингвинов никогда не охлаждаются до температуры льда благодаря кровотоку, который поддерживает в них температуру на несколько градусов выше ноля. Когда температура воздуха падает ниже –10° С, императорские пингвины сокращают точки соприкосновения с поверхностью, опираясь только на пятки и хвост, приподнимая кончики ласт и прижимая плавники к бокам. На первый взгляд может показаться странным, что ласты пингвинов так слабо изолированы, однако на самом деле все просто: остальное тело пингвина изолировано очень хорошо, поэтому сбрасывать излишки тепла, выработанного физической нагрузкой, остается только через немногочисленные «голые» участки, в число которых входят и нижние конечности.
Рыбе затруднительно поддерживать температуру тела выше температуры окружающей воды, поскольку для дыхания ей требуется постоянно прогонять на высокой скорости большое количество крови через жабры, а при этом теряется много тепла. У тунца и акул сформировался сосудистый противоточный теплообменник, позволяющий поддерживать в мышцах температуру на 20° С выше, чем в остальном теле. Подобно описанной в главе 3 rete mirabile у антилоп, эта система представляет собой сеть из сотен переплетенных вен и артерий, но в данном случае тепло передается от нагретой крови, покидающей рабочие мышцы, к более холодной крови с поверхности тела. Нагретые мышцы позволяют тунцу развивать скорость до 18 км/ч. Схожие теплообменники имеются в ластах тюленей и дельфинов, а также в хвостовых плавниках китов, где они предотвращают утечку тепла в ледяные воды. Длинные голые ноги болотных птиц, которые весь день ходят по воде, тоже снабжены rete mirabile. Именно поэтому им, в отличие от человека, «траншейная стопа» не грозит.
Адаптироваться к постоянному холоду животным помогают и биохимические изменения на клеточном уровне, позволяющие функционировать при пониженной температуре. Если человеческие нервы и мускулы, охлаждаясь до 8° С, перестают работать, то у арктических животных они исправно действуют, даже охладившись почти до нуля. Разница эта обусловлена различием в жирах (липидах), которые содержатся в клеточных мембранах. У большинства животных жир при охлаждении делается твердым и ломким, однако жир в ногах у чаек и других обитателей холодных краев отличается совсем иной температурой плавления, чем жир из внутренней полости тела. Жир, добытый из стоп карибу, остается на холоде жидким, поэтому эскимосы используют его в качестве смазки, тогда как жир из верхней части ноги твердеет даже при комнатной температуре, и его употребляют в пищу. В наших краях костяное масло, добываемое из ног рогатого скота, используется для смазывания кожи, чтобы она не трескалась на холоде. Все эти различия в свойствах объясняются количеством насыщенного жира в клеточных мембранах. Насыщенные жиры, такие как сливочное масло, твердеют при низкой температуре, тогда как ненасыщенные жиры остаются мягкими или жидкими, подобно оливковому маслу. Поразительно, что жировой состав мембраны одной и той же нервной клетки может варьироваться на всем ее протяжении: на концах насыщенного жира будет меньше, а в толще глубинных тканей – больше. Таким образом обеспечивается одинаковая проходимость мембраны по всей длине клетки для поддержания нервной и мышечной деятельности даже на холоде.
