Текст книги "Закон «джунглей». В поисках формулы жизни"

Служба во Франции произвела на Кеннона-физиолога неизгладимое впечатление. Именно этот опыт позволил ему получить предельно четкое представление о важнейших факторах, помогающих человеку выжить. Ученый анализировал этот опыт с учетом того, что знал о пищеварении, дыхании, сердцебиении, а также о реакции животных на стресс, и стремился понять, как организм может реагировать на раздражители, не утрачивая критически важных функций, причем в очень узких диапазонах.

Кеннон полагал, что многие процессы в нервной и эндокринной системе призваны сглаживать чрезмерные перепады и обеспечивать достаточную стабильность внутреннего состояния организма: температуру, кислотность, содержание воды, солей, кислорода. Он слишком хорошо знал, что выход за эти узкие рамки зачастую чреват тяжелой болезнью или даже смертью. Например, pH крови, то есть показатель ее кислотности, составляет около 7,4. При снижении pH крови до 6,95 наступает кома, следом – смерть, а при повышении до 7,7 начинаются конвульсии и судороги. Аналогично, уровень кальция составляет около 10 мг на 100 мл крови, и падение этого уровня в два раза смертельно.

В своих статьях и лекциях Кеннон начал говорить о врожденной «мудрости тела». «Наши тела приспособлены к эффективной саморегуляции, причем о некоторых ее механизмах стало известно лишь в последние несколько лет», – писал Кеннон. Одним из новейших прорывов в науке на тот момент было открытие роли инсулина при контроле уровня сахара в крови. Кеннон отмечал, что, когда после еды уровень сахара повышается, блуждающий нерв возбуждает поджелудочную железу, стимулируя выделение инсулина, благодаря которому в организме запасается избыточный сахар. Напротив, если уровень сахара падает, то другие нервы автономной системы возбуждают надпочечники, высвобождающие сахар из печени. Таким образом, говорил Кеннон, «организм автоматически ограничивает пределы, в которых может варьироваться уровень сахара в крови».

Кеннон подчеркивал, что большинство органов получают два вида нервных импульсов, которые, как правило, противоположны друг другу. В таком случае активность органа может повышаться или понижаться в зависимости от условий. Восхищенный способностью тела сглаживать такие перепады, Кеннон предложил новый термин, означающий стабильное состояние организма: гомеостаз («гомео» в переводе с греческого означает «подобный», а «стазис» – «неизменный»). Это было не какое-то возвышенное или абстрактное философское понятие; концепция Кеннона была прочно подкреплена физиологическими исследованиями, продолжавшимися три десятилетия. В принципе, гомеостаз – это регуляция. Иными словами, это существующие в организме физиологические процессы, назначение которых – регулировать состояние организма, удерживая его в конкретных пределах.

Сперва Кеннон развил эти идеи в научной литературе, а затем в научно-популярной книге под названием «Мудрость тела». Он несколькими способами доказал, что стабильность организма – это результат активной регуляции. Во-первых, он подчеркивал неизменность функций тела под действием самых разных раздражителей и в изменяющихся условиях, что указывает на наличие регулирующих механизмов, обеспечивающих такую стабильность. Во-вторых, он считал, что такая стабильность достигается благодаря особому фактору, противодействующему любым изменениям, положительным или отрицательным. В-третьих, указывал он, существуют веские доказательства, что множество взаимодействующих факторов могут проявляться параллельно или последовательно, чтобы поддерживать определенное состояние, например кислотно-щелочной баланс в крови. Наконец, в-четвертых, он полагал, что существование конкретного регулирующего фактора, действующего в определенном направлении, предполагает существование и противодействующего фактора, как на примере с уровнем сахара в крови.

Одним словом, Кеннон отстаивал точку зрения, что все в организме регулируется и что «регуляция организма – центральная проблема физиологии».

Гомеостаз стал фундаментальным понятием биологии и физиологии, так как его подкреплял корпус работ Кеннона по пищеварению, жажде, голоду, страху, боли, шоку, функционированию нервной и эндокринной системы, причем эти работы были написаны доступным и понятным стилем. Некоторые сравнивали гомеостаз с дарвиновским принципом естественного отбора, называя одной из веховых обобщающих идей в биологии.

Кеннон считал, что практические знания, основанные на идее гомеостаза, играют очень важную, положительную роль в медицине. Он прочитал доклад «Поводы для оптимизма при уходе за больными» бостонским врачам, впоследствии эта работа была опубликована в «Медицинском журнале Новой Англии». Свои мысли ученый излагал с присущей ему скромностью:

Удивительно, что вы, группа врачей, в ежедневной практике помогающие мужчинам и женщинам, просите меня, лабораторного затворника, выступить перед вами. Возможно, мое присутствие здесь требует некоторых объяснений с вашей стороны и извинений – с моей!.. Все, что я могу предложить как физиолог, – некоторые замечания, сделанные по результатам многолетних исследований, и размышления о таких свойствах организма… которые могут быть полезны в медицинской практике и дать повод для оптимизма.

Затем Кеннон подробно рассказал, что, когда некоторые факторы

…подталкивают организм в том или ином направлении, сразу же мобилизуются внутренние регуляторы, не позволяющие нарушениям зайти слишком далеко и возвращающие организм в его нормальное состояние. Обратите внимание: речь о таких процессах, которые мы (sic!) не контролируем сами. Такая коррекция происходит автоматически.

В контексте этих изумительных возможностей саморегуляции Кеннон спрашивал: «Если организм может в целом сам о себе позаботиться, в чем же тогда роль врача?»

Он объяснял, что медицинская помощь требуется, когда эти механизмы отказывают или начинают действовать неправильно. Ученый подчеркивал, как много новых лекарств, появившихся в распоряжении у врачей, – инсулин, тироксин, антитоксины – являются естественными компонентами систем саморегуляции организма. Соответственно, роль врача заключается в укреплении или восстановлении естественных гомеостатических механизмов тела. Кеннон полагал, что сила этих механизмов и растущие врачебные возможности их стимуляции дают повод для оптимизма в медицине.

Уолтер Б. Кеннон отстаивал идеи о том, что регуляция – центральный вопрос физиологии, а нарушение регуляции – основная проблема медицины. По стечению обстоятельств в то самое время, когда Кеннон высказывал эти эпохальные идеи, другой биолог пришел к выводу, что регуляция является основной проблемой природы в значительно более крупных масштабах.

Глава 2. Экономика природы

Изучение регуляции количества животных – это примерно половина всей экологии, хотя до сих пор данная проблема почти не исследовалась.

Чарльз Элтон (Charles Elton)

Это был не натиск, а блеф. Слон сделал всего несколько шагов – просто чтобы показать нам, кто из млекопитающих тут, на этой вершине холма, главный.

Когда наше сердцебиение успокоилось, а слон удалился вниз по склону, мы вылезли наружу, чтобы осмотреть следы ночного рейда. Повсюду лежали сломанные стволы, голые ветки, стоял крепкий запах помета (слоновьего, не нашего). Слоновьего помета всегда остается много: тридцатиметровый кишечник слона за день производит более 90 кг навоза, что соответствует дневному рациону примерно в 90 кг пищи и около 200 л воды.

Учитывая, что у слонов нет естественных врагов в природе, а также зная об их слоновьем аппетите, вы могли бы спросить: а почему Восточная Африка не кишит слонами или не выедена ими под корень? Может быть, потому, что африканские слоны – крупнейшие из всех сухопутных животных – размножаются очень медленно? Слонихи взрослеют после 10 лет, за всю жизнь приносят всего нескольких детенышей. Их беременность длится 22 месяца, и на свет появляется 250-килограммовый слоненок.

Однако сам Чарльз Дарвин приводит знаменитое опровержение такой версии в своей книге «Происхождение видов»:

Считается, что из всех известных животных наименьшая воспроизводительная способность у слона, и я старался вычислить вероятную минимальную скорость естественного возрастания его численности; он начинает плодиться, всего вероятнее, в 13-летнем возрасте и плодится до 90 лет, принося за это время не более шести детенышей, а живет до 100 лет; если это так, то по истечении 740–750 лет от одной пары получилось бы около 19 млн живых слонов, потомков первой пары. Действительно, менее чем за 50 поколений или примерно за 2500 лет общий объем слонов превзошел бы объем планеты.[1]1
  Цит. по «Происхождение видов путем естественного отбора», СПб.: «Наука», 2001, с. 68. – Примеч. ред.


[Закрыть]

Цифра кажется нелепой. Но возьмем другую крайность. Типичная бактерия, например кишечная палочка Escherichia coli, населяющая наш кишечник, весит примерно одну триллионную грамма (1 трлн бактерий весят 1 г; один слон весит примерно 4 млн г). Учитывая, что численность популяции бактерий удваивается каждые 20 минут, легко подсчитать, за сколько времени одна бактерия могла бы породить потомство, которое сравнялось бы по весу с Землей. Ответ: всего два дня.

Но мир не состоит из слонов или бактерий.

Почему? Потому что есть пределы роста и количественного размножения всех живых существ.

Дарвин это признавал. Причем он понимал это, так как преподобный Томас Мальтус сформулировал это утверждение гораздо раньше в своем знаковом труде «Опыт о законе народонаселения» (1798):

Если возрастание населения не задерживается какими-либо препятствиями, то это население… возрастает в геометрической прогрессии. Природа щедрой рукой рассыпала зародыши жизни в обоих царствах, но она бережлива относительно места и пищи для них. Без этой предосторожности одного населения Земли было бы достаточно, чтобы в несколько тысячелетий покрыть миллионы миров; но настоятельная необходимость сдерживает эту чрезмерную плодовитость, и человек, наравне с прочими живыми существами, подчинен закону этой необходимости.

Но каковы пределы этой необходимости? Задаются ли они по-разному для разных существ? Дарвин этого не знал. Подобные вопросы серьезно не исследовались до тех пор, пока другой молодой английский натуралист не отправился в экспедицию к отдаленным островам, где обнаружил самую необычную фауну, увлекся этой загадкой, пережил в ходе своего путешествия озарение (и не одно) и написал великую книгу, в которой заложил основы новой научной дисциплины. Чарльз Элтон далеко не так известен, как Дарвин или Мальтус, но биологи знают его как основателя современной экологии. Важнейшая тайна, занимавшая его, – какие факторы влияют на численность животных.

Корабль «Теринген», раскачиваясь, плыл по неспокойному льдистому Баренцеву морю. В числе прочих на борту корабля находился Чарльз Элтон, студент-зоолог из Оксфордского университета 21 года от роду. Двухмачтовая шхуна двумя днями ранее в солнечную полночь полярного дня вышла из города Тромсё и отправилась к острову Медвежьему – уединенному и скалистому, расположенному далеко за Северным полярным кругом. Самая заметная возвышенность на этом острове была метко названа Маунт-Мизери («гора страдания»).

Элтон входил в состав небольшого авангардного отряда первой из так называемых экспедиций Оксфордского университета на Шпицберген. Это была компания из 20 студентов и сотрудников университета, представлявших различные дисциплины: орнитологию, ботанику, геологию и зоологию, – члены которой планировали провести подробные географические и биологические исследования крупнейшего острова арктического архипелага, расположенного к северо-западу от материковой Норвегии. Это являлось смелым и амбициозным предприятием – отправиться далеко в штормовые воды, полные плавучих льдов, высадиться на берег и обойти почти необитаемые острова, частично покрытые снегом и ледниками, не говоря уже о том, что никто из этой команды прежде не бывал в Арктике. Но в то же время это было своеобразным приключением и проверкой себя, которой так жаждали отобранные в группу оксфордские парни.

Путь до Медвежьего, составлявший чуть менее 300 миль, стал суровым испытанием для Элтона, никогда прежде не покидавшего Англию. Корабль ранее служил для охоты на тюленей, его камеры для хранения ворвани[2]2
  Ворвань – вытопленный жир морских животных и некоторых рыб (устар.). – Примеч. ред.


[Закрыть], запах которой устранить было невозможно, были переоборудованы под каюты. Путь пролегал по весьма суровому морю, посему путешественники имели бледный вид.

С ранних лет Элтон увлекался дикой природой: целыми днями наблюдал в английской глубинке за птицами, ловил насекомых, собирал водоплавающую живность, рассматривал цветы, а в 13 лет начал вести дневник своих прогулок и наблюдений. В экспедицию Элтона пригласил преподаватель, видный зоолог и писатель Джулиан Хаксли, внук Томаса Хаксли (Гексли), близкого соратника Дарвина. Хаксли был впечатлен тем, как его студент увлекается естествознанием и как хорошо разбирается в этой науке. Элтон располагал относительно небольшим временем на подготовку, так как его участие в составе экспедиции одобрили всего за месяц до отплытия. Отец дал Чарльзу немного денег, брат одолжил армейскую обувь и другое снаряжение, а мать помогла собрать одежду в двухмесячное путешествие. По признанию самого Элтона, он был «совсем неопытным, в сущности, необстрелянным», ранее участвовал лишь в нескольких настоящих походах. Хаксли приободрил Элтона и заверил его родителей: «Пожалуйста, считайте, что эта экспедиция не опаснее, скажем, швейцарского альпинизма, гораздо проще скалолазания, в сущности, в ней нет ничего особенного».

Рис. 2.1

Первая оксфордская экспедиция на Шпицберген, 1921 г. Чарльз Элтон – пятый справа, в свитере-водолазке, Виктор Саммерхейс стоит слева от Элтона

Фотография из воспоминаний Чарльза С. Элтона, написанных в 1978–1983 гг. Фотография публикуется с разрешения библиотеки Норвежского полярного института, Тромсё, Норвегия

Но уже на третий день путешествия эти заверения были опровергнуты. Сорокашестилетний военный врач и бывалый альпинист Том Лонгстафф был самым опытным путешественником на борту. Видя страдания Элтона, он сказал: «Я должен что-то сделать для этого бедного мальчика», и прописал ему большие дозы бренди. Элтон, принимавший их на голодный желудок, совершенно опьянел. Когда группа из семерых человек, которые должны были высадиться на берег, прибыла на вельботе в Моржовую бухту на юго-восточной оконечности острова, Элтон сидел в этой лодке на куче снаряжения и горланил песни.

Протрезвев, Элтон присоединился к товарищам, разбившим лагерь на месте старой хижины китобоев у берега. Вся земля вокруг была усыпана китовыми костями, моржовыми скелетами, здесь лежал череп белого медведя и пара черепов песцов. Отряд планировал потратить неделю на исследование южной части острова, протянувшегося на 19 км, а потом вернуться на судно и вместе со всей командой отправиться на Шпицберген, расположенный в 120 милях севернее. Четверо высадившихся на берег орнитологов собирались изучать птиц, а Элтон и ботаник Виктор Саммерхейс планировали исследовать других животных и растения.

Птицеловы относились к своей миссии с некоторым фанатизмом, особенно Ф. Ч. Р. Журден, руководитель экспедиции. В 2.30, когда путешественники проводили на острове первую ночь (на самом деле, стоял полярный день), Журден разбудил Элтона, Саммерхейса и Лонгстаффа, приказал вставать и приступать к работе, чтобы не терять времени. Ветеран Лонгстафф заявил: «Мне необходимо спать восемь часов», а Элтону и Саммерхейсу шепнул: «Не обращайте на него внимания». Элтон вскоре оценил мудрость Лонгстаффа, ибо птицеловы к вечеру полностью обессилели. С тех пор Элтон внимательно слушал дельные советы Лонгстаффа, ловил каждое его слово.

Хорошо выспавшись, Элтон и Саммерхейс отправились осмотреться и поискать интересующий их материал. Элтон мечтал когда-нибудь узнать, «чем занимаются животные, когда их никто не видит». Теперь ему выпал шанс заглянуть в мир, где почти никто не бывал и уж тем более не исследовал.

Остров располагался там, где холодные полярные течения встречаются с Гольфстримом, идущим с запада, поэтому постоянно утопал в тумане, если только не начинался буран или снег с дождем. Остров был почти плоским, по всей территории располагались десятки небольших озер, а на севере открывался пустынный, почти лунный пейзаж. Однако на острове встречались и свои диковины. На южном берегу над морем поднимались несколько высоких скал, где обитали сотни тысяч морских птиц. Наиболее многочисленными были, в частности, кайры тонкоклювые и кайры толстоклювые (первые – черные, вторые – белые), черноногие моевки, серые глупыши; Элтон также заметил люриков, норвежских тупиков и чаек-бургомистров.

Элтон и Саммерхейс начали исследования близ лагеря, а потом постепенно добрались до отдаленных озер и других мест. Элтон вскоре убедился, что этот невысокий ботаник хрупкого телосложения – прекрасный напарник. Саммерхейс был всего на три года старше Элтона, но уже многое повидал, например участвовал в битве на Сомме в 1916 г. Саммерхейс определял полярные растения с таким же энтузиазмом, с каким Элтон искал животных, и во время совместных походов первый немало рассказал второму о ботанике.

Несмотря на плохую погоду и дефицит времени, двое парней смогли исследовать флору и фауну различных уголков острова. Задача упрощалась тем, что здешние виды не отличались разнообразием. Например, на всем острове не встречалось никаких бабочек, молей, жуков, муравьев, пчел или ос; насекомые были представлены в основном мухами и другими примитивными членистоногими, так называемыми ногохвостками.

Элтон как мог собирал и сохранял такие сокровища. Он ловил летающих насекомых сачком, других стряхивал со стеблей и листьев на белую тряпочку либо доставал их из-под камней. Затем он травил насекомых цианидом, заворачивал в папиросную бумагу с подписями и вкладывал в портсигар. Водоплавающих тварей Элтон отлавливал сетками с разной шириной ячеек. Некоторых водных животных он помещал в пробирки со спиртом или формалином, которые затем закупоривал и запечатывал воском.

Особое внимание Элтон уделял тому, как каждому из видов удается выживать в столь негостеприимных и суровых условиях. Например, было очевидно, что морские птицы кормились дарами моря, а остававшийся от них в изобилии помет удобрял пышную растительность, покрывавшую остров. Другие птицы, которых Элтон встречал в глубине острова, например пуночки, питались пилильщиками, а короткохвостые поморники, жившие особняком, воровали у других птиц их еду и яйца.

Шли дни, пища и припасы стали заканчиваться, и на птиц острова начали охотиться не только поморники. Орнитологи ловили птиц и собирали яйца. Скорлупу сохраняли, выдувая из нее содержимое (Журден однажды так этим увлекся, что потерял сознание), из которого делали омлет. Птиц ощипывали, варили из них суп. Элтон с товарищами удивились тому, сколь многие птицы оказались съедобными. Чарльз в письмах домой весело рассказывал, что ел на завтрак кайриные яйца, а еще «рагу из глупыша, гагу, морянку, морского песочника, пуночку и овощи с рисом!».

К концу недели, которую планировалось провести на острове, покрепчал ветер, из-за чего подходить к острову на корабле было опасно. Лонгстафф понял, что им придется здесь задержаться и нужно каким-то образом отправить весточку на «Тернинген», дожидавшийся их в Тромсё. Он попросил Элтона сходить с ним на северо-восточный берег острова (в экспедиции действовало правило: в целях безопасности везде ходить по двое) на угольную шахту, где была рация. Это был суровый семимильный четырехчасовой бросок через метель. От шахты они возвращались еще четыре часа, минуя острые как бритва камни, пробираясь по скользкой грязи.

Несмотря на бури, дефицит хлеба, маргарина для жарки, при том что армейские сапоги практически износились за какую-то неделю, по мнению Элтона, жить на Медвежьем было «довольно весело».

Корабль, четыре дня пробивавшийся через крепкий ветер, все-таки дошел до острова, и Элтона с товарищами забрали оттуда с задержкой всего в несколько дней. Затем вся экспедиция направилась на север, к Шпицбергену – и вновь столкнулась с крепким ветром, усеявшим их путь «тартышами» (опасными зеленоватыми морскими льдинами).

Когда шторм утих, «Тернинген» направился к западному побережью Шпицбергена. Примерно на полпути к северной оконечности острова, протяженность которой составляет 280 миль, корабль повернул к лазурным водам Айс-Фьорда, и облака поредели. Перед командой раскинулась завораживающая панорама: зубчатые горные пики, увенчанные белыми шапками, искрящиеся ледники, сползавшие по белоснежным долинам к морю. Из-под воды ударил китовый фонтан, затем показалась группа тюленей, а стайки глупышей и гаг проносились прямо над водой.

Шпицберген имеет более 200 км в ширину, он просто находка и в то же время своего рода испытание для исследователей. Элтон впервые ступил на землю этого архипелага на Земле Принца Карла – небольшом острове, расположенном западнее главного острова Западный Шпицберген. Там они с Саммерхейсом провели около десяти дней, занимаясь исследованиями. Лонгстафф помог Элтону разбить лагерь на каменистом берегу большой лагуны длиной порядка 10 км. Лагуна была наполовину покрыта льдом, там разлеглось множество тюленей. Прежде чем вернуться на корабль, Лонгстафф предупредил Элтона, чтобы тот не ходил по льду лагуны. Элтон усвоил, что Лонгстафф дважды свои советы не повторяет, а если ты забыл его слова – что ж, твои проблемы.

Но, проведя на острове девять плодотворных дней, потраченные на сбор образцов и наблюдения за животными, Элтон все-таки допустил такую ошибку. Вместе с геологом Р. Сегнитом он вышел на тонкий лед, примерзший к берегу лагуны. В одном месте лед истончился из-за попавшего на него берегового стока. Именно на это место попал Элтон и сразу провалился в холодную воду. Он не утонул лишь благодаря рюкзаку, позволившему удержаться над полыньей, а затем осторожно выполз на лед. Однако Элтон, продрогший до костей, моментально окоченел, а к тому же был в солнечных очках, поэтому просто не заметил, что развернулся, и чуть не ступил снова в ту же полынью. Он остановился в последний момент, услышав окрик Сегнита, а то бы наверняка утонул. Трясясь от холода, Элтон смог вернуться в лагерь и просушиться. Спустя два дня он покинул остров и перебрался в бухту Клаас Биллен в глубине главного острова.

Несмотря на то что Шпицберген находится гораздо севернее острова Медвежьего, в большей степени покрыт снегом и льдом, летом там гораздо теплее (в некоторые дни температура доходит до 20 °C), и там в целом комфортнее, по крайней мере когда не идет снег. Элтон воспользовался такими условиями, чтобы провести некоторые эксперименты по изучению адаптаций арктических животных. Чтобы подробнее выяснить, каким образом им удается выживать в таком климате и какие экологические ниши они занимают, Элтон проверял, как ракообразные и их яйца переносят замораживание и оттаивание и реагируют на различные концентрации морской воды (рис. 2.2).

Элтон обнаружил, что и птицы, и флора, и насекомые на Шпицбергене и Медвежьем очень похожи, но на Шпицбергене явственнее ощущалось присутствие крупных животных, в частности двух видов песцов, северного оленя (то и дело встречались сброшенные им рога) и тюленей. Однажды утром, когда как раз поджаривался бекон на завтрак, прямо со склона под лагерем донесся крик: «Белый медведь!»

Никто не знал, как этот незваный гость добрался до бухты через ледники и долины. Но теперь он нашел человеческий лагерь, и, к сожалению, ничего не оставалось делать, кроме как застрелить его. Элтон, единственный зоолог среди всех присутствовавших, внимательно обследовал тушу – не только снаружи, но и внутри – и был разочарован отсутствием на медведе паразитов для своей кол лекции.

Спустя два месяца, проведенные в тундре за сбором коллекций, Элтон, уже бывалый исследователь-полярник, упаковал 33 ящика и пакета со снаряжением и образцами, погрузил их на корабль и отплыл домой.

Рис. 2.2

Чарльз Элтон изучает пресноводную биоту в Брюс-Сити, Шпицберген, 1921 г.

Фотография из воспоминаний Ч. С. Элтона, написанных в 1978–1983 гг. Фотография публикуется с разрешения библиотеки Норвежского полярного института, Тромсё, Норвегия