Под одной обложкой собраны популярные статьи о самых разных научных проблемах, которые связывает лишь то, что их главным героем является отсутствие чего бы то ни было. Как действует таблетка, в которой нет никакого лекарства? Что было до Большого взрыва? Как математики справлялись с понятием нуля? Какую химическую роль играют инертные газы? Зачем нужны органы, которые не выполняют никаких функций?

Мы долго ломали голову, какую главу взять для публикации, — всё казалось таким вкусным. Определиться помогла кошка главного редактора. Пока он мучился, составляя план номера, отвечая на звонки и выполняя ещё несколько десятков задач, она лежала на столе под лампой и решительно ничего не делала. Это было возмутительно! В итоге мы выбрали главу, предлагающую биохимическое объяснение того, почему многие животные целые дни проводят в праздности и почему мы не должны им завидовать. Её автор Джонатан Найт променял карьеру успешного журналиста на преподавание биологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и написание научно-популярных работ.

Занятые бездельем

После тяжёлого рабочего дня, после дороги домой, готовки, стирки, мытья, укладывания детей самое время улучить хотя бы пять минут, чтобы уютненько свернуться в кресле. В эти немногочисленные и скоротечные периоды праздности вы наверняка завидуете невероятно лёгкой жизни некоторых других позвоночных. Возьмём ленивца: он часами сидит без движения на дереве в тропическом лесу. Или гигантского питона — этот гад месяцами лежит в ожидании очередной трапезы, а поев, неделями таится в кустах, занимаясь лишь пищеварением и ничем больше. Благодать, да и только.

Так-то оно так, да не совсем. Исследование поведения и метаболизма животных, которые кажутся нам столь вялыми, показывает: ничегонеделание не имеет ничего общего с лёгкой жизнью. Эти бедняги ведут чрезвычайно рискованное существование, и праздность нужна им просто для того, чтобы оставаться в живых. Более того, метаболизм некоторых из наименее подвижных существ может не уступать по интенсивности метаболизму скаковой лошади на ипподроме!

Марк Чапелл, биолог из Калифорнийского университета в Риверсайде, особенно интересуется потреблением энергии животными, обитающими в экстремальных условиях. Работая в Антарктиде лет двадцать назад, он обнаружил, что птенцы пингвина Адели совсем не такие праздные, какими нам представляются. Время от времени они принимаются выпрашивать еду у родителей, но такие приступы жадности длятся недолго. Обычно же пингвинята неделями сидят на одном и том же ледяном пятачке, не двигаясь с места. Но когда Чапелл измерил интенсивность метаболизма этих крошек, он поразился.

Учёный помещал птенцов в небольшие изолированные камеры, ­отслеживая объём поступающего туда воздуха, чтобы определить, насколько быстро птицы расходуют кислород. Потребле­ние кислорода напрямую связано с интенсивностью мета­болизма: чем больше метаболические процессы требу­ют от клеток, тем больше кислорода нужно клеткам, чтобы расщеплять глюкозу, тем самым вырабатывая энергию. У пингвинят с пустым желудком интенсивность метаболизма составляет в пересчёте 1 миллилитр кислорода на грамм веса тела в час. Чапелла удивило, что скорость ­метаболических процессов у только что накормленных птенцов возрастает вдвое. Для теплокровных животных такое усиление метаболизма при пищеварении является необычно значительным.

У человека во время отдыха интенсивность метаболизма составляет около 0,3 мл кислорода на грамм тела в час. Лёгкие физические упражнения (например, прогулка) могут увеличивать этот показатель вдвое, а пробежка — даже в 10 раз (на небольшой период). Однако само по себе пищеварение повышает интенсивность нашего метаболизма лишь примерно на 50 % по сравнению с состоянием покоя, не связанным с усвоением пищи. Для большинства млекопитающих соответствующие цифры примерно те же. Так что птенец пингвина, переваривающий свой обед, в метаболическом смысле трудится не хуже человека, шагающего в хорошем темпе.

При физических нагрузках энергия расходуется в основном на сокращение мышц. Но пищеварительные энергозатраты более разнообразны. При рационе пингвинёнка, богатом белками, примерно половина энергии уходит на то, чтобы двигать пищу по кишечнику, вырабатывать пищеварительные ферменты, дабы расщепить корм, и прокачивать молекулы, которые возникают при таком расщеп­лении, в клетки стенок кишечника. Другая половина энергии тратится уже внутри этих клеток, чтобы собрать новые белки из аминокислот, полученных при обработке пищи.

Но почему пингвинята тратят так много энергии на эти действия? На ранней стадии жизни у пингвина одна цель: как можно скорее вырасти. Пингвинятами любят лакомиться поморники — хищные чайки, нередко нападающие на пингвинов. В этой ситуации маленький, слабый птенец обречён. Так что быстрый набор массы тела принципиально важен для выживания, а быстрое пищеварение способствует этому. Быстрее прочих сожрав и усвоив корм, птенцы могут чаще других требовать у родителей добавки. Таким образом, усиленная связь метаболизма и пищеварительной системы помогает птенцам быстро наращивать массу. Вот почему праздный образ жизни так для них полезен: энергию, которая расходуется на движение, нельзя конвертировать в прирост веса. Как скажет вам всякий любитель посидеть перед телевизором, такая праздность отлично способствует развитию тучности.

Чапелл обнаружил и другие неожиданности, изучая баланс между метаболизмом, физическими упражнениями и пищеварением уже у другой птицы, живущей куда ближе к его родине. Домовый крапивник ­гнездится в дуплах деревьев по всей Северной Америке. Птенцы этих птиц появляются на свет слепыми и беспомощными и две недели сидят неподвижно, превращая всё, чем их кормят родители, в кости, мышцы, жир и перья. За это время они успевают увеличить массу своего тела почти в 10 раз.

Домовый крапивник. Мелкая птица отряда воробьинообразных. Обитает в США и Канаде.

Чтобы подробно изучить эти метаболические ­таланты, Чапелл привычной рукой посадил птенцов ­крапивника в герметичную камеру, обеспечил контролируемый приток воздуха и стал при помощи специального прибора измерять, сколько кислорода будут потреблять птенчики. Он перепробовал целый ряд условий. Изучал птенцов сытых и голодных — последних в том числе в ­ситуации, когда их постоянно толкали, заставляя двигаться по ­гнезду. Результаты эксперимента показали: в первые 8 дней самым изнурительным занятием для этих птиц в любом случае являлось переваривание пищи. Например, у шести­дневного птенца интенсивность метаболизма в состоянии покоя равна 1 мл кислорода на грамм тела в час. При самой бурной вспышке физической активности этот показатель может возрастать лишь на 50 %. А вот если птенец просто сидит неподвижно и переваривает пищу, скорость его метаболических процессов повышается более чем вдвое: такое не под силу даже пингвинятам.

Подобно человеку и другим млекопитающим, у родителей маленьких крапивников интенсивность метаболизма удваивается, лишь если они подвергают себя значительным физическим нагрузкам. А вот птенцы приспособлены к тому, чтобы потреблять эту «лишнюю» энергию, лишь когда они усваивают пищу. Это ленивые машинки роста, предназначенные для того, чтобы трудиться над перевариванием корма так же усердно, как трудятся их родители над его добыванием и доставкой. Однако Чапелл обнаружил, что примерно после 8 дней такого дуракаваляния метаболизм птенцов домового крапивника меняется, и теперь они быстрее тратят энергию при физических упражнениях, чем при переваривании пищи.

Ещё один яркий пример трудолюбивого ничегонеделания — бирманский питон. Он неделями пребывает в полной неподвижности. Однако метаболические способности этого пресмыкающегося не хуже, чем у лошади, скачущей ­галопом по ипподрому. В своей ­лаборатории в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, а позже — в Алабамском университете в Таскалусе Стивен Секор много лет изменял уровень потребления кислорода у молодых бирманских питонов, переваривающих пищу или же постящихся. Учёный обнаружил: чем больше они едят, тем быстрее их метаболические процессы. Если повезёт, маленький питончик способен слопать пяток крыс за один присест. Их общая масса равна его собственной. У змей, ко­торые едят такие большие порции, интен­сивность метаболизма может меньше чем за сутки увеличиваться в 44 раза, что само по себе пора­зи­тельно. «Не думайте, что змеюка просто лежит и ниче­го не делает, на самом деле она вовсю трудится», — замечает учёный. По мере переваривания пищи (этот процесс после обильной трапезы может занимать недели две) интенсивность метаболизма змеи понемногу снижается. <…>

На поддержание пищеварительного тракта в рабочем состоянии требуется очень много энергии, главным образом из-за того, что клетки, контактирующие с пищей и пищеварительными соками, постоянно отмирают и отслаиваются. На их замену, разумеется, нужна энергия. Однако питон умеет прекращать циркуляцию пищеварительных соков и временно прерывать цикл замены клеток. Его кишечник в буквальном смысле уплощается по всей своей длине. «Это как выключить двигатель в пробке, чтобы сэкономить бензин», — сравнивает Секор.

Учёный обнаружил, что и другие питоньи органы «затягивают пояса» в трудные времена. Печень, почки и сердце тоже постепенно съёживаются по мере опустошения желудка. Однако в течение нескольких дней после очередной кормёжки вновь увеличиваются, прибавляя в размерах до 50 %. Судя по всему, единственным органом, который после приёма пищи теряет в весе, является желчный пузырь: накопленную желчь он отдаёт кишечнику.

Такая адаптация метаболизма особенно удобна для хищников, поджидающих в засаде крупную и редкую добычу. Для питона, который может месяцами не находить корма, умение оставаться в неподвижности — вопрос жизни и смерти. Лишние ползания по окрестностям не принесут достаточное количество дополнительной пищи, чтобы оправдать энергозатраты на эти перемещения, поскольку питонья добыча не живёт кучно и побежит, если начать её преследовать (иногда эти факторы действуют одновременно, иногда имеет значение лишь один из них). Так что питон, который постоянно охотится, наверняка вскоре умер бы от голода.

Техасская слепая ­саламандра. По ­сути, это личинка, которая никогда не вырастает. Проявляет активность ­только в темноте. ­Питается всякими беспозвоночными, включая крабов и улиток.

Не только бирманский питон сумел адаптироваться к экологической нише, где энергозатраты на движение перевешивают пользу от него, отмечает Брайан Макнаб, почётный профессор биологии Флоридского университета, автор книги «Физиологическая экология позвоночных с энергетической точки зрения». В этом труде исследуется эволюционная роль энергопотребления. Техасская слепая саламандра обитает в пещерах, лишённых света, где единственная пища — органический мусор, намываемый внутрь через трещины в стенках или потолке. Здесь способно выжить лишь существо с крайне низким уровнем энергопотребления. Так что саламандра ведёт вынужденно малоподвижный образ жизни. Мало того что она ничего не делает для собственного выживания — она ещё и ничего не видит. Как полагает Макнаб, она произошла от зрячих ящериц, но эволюционное давление, направленное на сбережение энергии, оказалось настолько сильным, что саламандра постепенно лишилась зрения. Возможно, это произошло из-за недостаточного эволюционного давления, которое вынуждало бы саламандру сохранять способность видеть. Случайные мутации генов, контролирующих зрение, могли остановить их работу, что не ухудшило саламандриных перспектив, поскольку в такой среде видеть ей, в общем-то, не требовалось. Однако Макнаб полагает, что здесь, возможно, имел место естественный отбор с селективным давлением. Он замечает: требуется очень много энергии, чтобы поддерживать способность видеть, поскольку клетки сетчатки и роговицы быстро отмирают, а значит, требуют быстрой регенерации. Поэтому сохранение глаз в условиях, когда они бесполезны, стало бы ужасным расточительством. «В сущности, главное занятие этих животных — сбережение энергии», — отмечает учёный. <…>

Так что в следующий раз, когда вы с наслаждением усядетесь в кресло после трудового дня, помните: хотя возможность ничего не делать иногда и кажется эволюционным преимуществом, которое человек как-то упустил, все исследования позвоночных лентяев показывают, что организмы, нацеленные на ничегонеделание, устроены так лишь для того, чтобы выжить, и за это им приходится тяжко расплачиваться. То, что хорошо для техасской слепой саламандры, вряд ли хорошо для вас.