9Мастерство антилопы
Человек полагает предел тьме и тщательно разыскивает камень во мраке и тени смертной.
Наш мир полон бесчисленных мифических антилоп, за которыми можно гоняться вечно и никогда не поймать. Тем не менее даже те быстроногие создания из крови, плоти, костей, внутренностей и шкуры, которые кажутся неуловимыми, – смертны. Одно такое легендарное животное, как будто зависшее между нашим материальным миром и эфемерным ирреальным, – это вилорогая антилопа (Antilocapra americana) американских равнин. Скорость ее бега составляет почти 100 км/ч – чуть ли не вдвое больше, чем у скаковой лошади[27], и такую скорость антилопа поддерживает не только в коротком спринте. Доказано, что она может пробежать 7 миль (примерно 11,2 км) за 10 минут. Индейское племя хопи верило, что антилопа является посланницей духов и способна к чудодейственному исцелению. В одном из последних номеров журнала Nature вилорог был объявлен лучшим бегуном на длинные дистанции в живой природе. Это млекопитающее, но и мы тоже млекопитающие вплоть до мельчайших деталей нашей анатомии и биохимии. Что же такого есть у вилорогой антилопы, чего нет у нас, и как она стала таким превосходным бегуном?
Больше четырех миллионов лет вилорог сосуществует с хищниками на открытых равнинах Северной Америки. Он развивался в условиях открытой любому взгляду среды обитания и выжил, не прячась от хищников, а обгоняя их. В свою очередь, хищники – прежде всего саблезубые тигры, волки, гепарды, гигантские короткомордые медведи, ужасные волки, красные волки и гиены – должны были иметь примерно такие же беговые характеристики. В «гонке вооружений» за скорость и выносливость, которая длилась миллионы лет, самых медленных антилоп обычно съедали. Слабости выявлялись и изымались из генофонда. Джон А. Байерс из Университета Айдахо отмечает, что в настоящее время «вилороги слишком быстрые для любого современного хищника» и их стремительность – «призрак» предшествующего давления отбора, которое значительно ослабло примерно 10 тысяч лет назад после вымирания североамериканской фауны в позднем плейстоцене, примерно в то же время, когда люди пришли в Америку из Азии через Берингов перешеек.
Ключ к уникальным способностям вилорогой антилопы – необычайно высокая энергетическая производительность (тот самый упомянутый ранее VO2max). Уровень потребления кислорода задает уровень переносимой физической нагрузки. VO2max, или максимальная аэробная работоспособность, экспериментально устанавливается постепенным увеличением нагрузки на животное (например, его заставляют бегать по беговой дорожке на все большей скорости или при все большем уклоне) до тех пор, пока скорость поглощения кислорода не достигнет своего предела. Затем можно еще больше увеличить нагрузку, но только на несколько секунд, используя накопление в крови молочной кислоты. Спринтеры, бегущие на максимальной скорости, быстрое накопление молочной кислоты субъективно ощущают как «отмирание», когда мышцы словно коченеют. Дополнительный кислород, который после нагрузки нужен для окисления молочной кислоты, образовавшейся во время упражнения, называется кислородным долгом. Увеличившаяся скорость при беге в течение нескольких секунд сверх достижения VO2max всегда потом обходится дорого. Ускоряться имеет смысл только в том случае, если преследование длится сравнительно недолго и приносит результаты.
Вилорогая антилопа
В исследовании Стэна Линдштедта и его коллег вилороги бежали галопом по беговой дорожке со скоростью 10 м/с в полиэтиленовых масках, собирающих воздух, для измерения аэробного потребления. Затем наклон беговой дорожки был увеличен на 11 %, и у антилоп был зарегистрирован впечатляющий VO2max в 300 мл кислорода на килограмм массы тела в минуту. Это лишь наполовину меньше, чем у волнистого попугайчика, и вчетверо меньше, чем у бражника в полете, но это впечатляет, если сравнить с такими первоклассными бегунами на длинные дистанции, как олимпиец Фрэнк Шортер: около 71 миллилитра на килограмм в минуту. Помимо забора проб воздуха из маски в течение трех-четырех минут бега на VO2max у антилоп брали кровь, чтобы исследовать содержание газов и молочной кислоты, и убеждались, что животные действительно бежали на уровне VO2max, а не выше.
Сравнения относительного максимального потребления кислорода у животных должны проводиться с учетом массы тела. Маленькие животные, как правило, имеют гораздо более высокие показатели на единицу массы тела, чем мотыльки, птицы и человек. Но с учетом влияния массы тела максимальная аэробная способность антилоп была примерно в три раза больше, чем предполагается при их массе тела, составляющей примерно 32 кг. Это отклонение называется адаптивным отклонением, и его величина (300 %) по сравнению с прогнозируемой VO2max антилопы указывает на то, что эти животные действительно обладают уникальным атлетическим мастерством, связанным с их специальным аэробным метаболизмом (атлетическое мастерство спринтера противоположно антилопьему: оно заключается в анаэробном беге, то есть способности бежать без поглощения кислорода и способности накапливать огромный кислородный долг, а не избегать его).
Что антилопа получает от своего необычайно высокого VO2max? То же самое, что и человеческие атлеты. Высокое максимальное потребление кислорода становится потенциалом для высокой устойчивой скорости бега. При заданной скорости, однако, потребление антилопами кислорода аналогично другим видам. Поэтому скорость передвижения антилоп не может быть объяснена более низкими энергозатратами при передвижении (то есть большей эффективностью), и, таким образом, их VO2max напрямую соответствует аэробным беговым показателям.
Это вызывает вопрос: какие уникальные особенности обусловливают величину VO2max антилопы, необходимую для поддержания высокой долгосрочной скорости бега? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи сравнили их с аналогичным по размеру жвачным млекопитающим – козой. Козы не являются ни спринтерами, ни бегунами на длинные дистанции. Зато они легко забираются в горы и избегают хищников, не обгоняя их, а обитая в недоступных горных ущельях. Будучи в безопасности на уступах, они не нуждаются в беге, так что их аэробная способность составляет одну пятую от антилопы.
Во всех аспектах строения организма, связанных с физиологией и уровнем потребления кислорода, антилопы превосходят коз. У них более массивные трахеи, в три раза больше объем легких, бо́льшая способность к диффузии газа через легочную ткань, увеличенное сердце, больший сердечный выброс, большее количество гемоглобина в крови, бо́льшая мышечная масса и большее количество митохондрий и, следовательно, больше окислительных ферментов в мышцах. Они также регулируют температуру мышц, поддерживая ее на 2,6 °C выше, чем козы. Если вспомнить скорость передвижения жуков в зависимости от температуры тела, то только такая разница температур должна привести к увеличению метаболизма на 35 %. Короче говоря, превосходные беговые качества антилоп по сравнению с козами не зависят ни от какого секретного механизма. Никакого волшебства. Просто антилопы обладают этой уникальной способностью за счет того, что у них улучшен специфический набор многих обычных свойств млекопитающих. Никаких фокусов. Ни одна адаптация сама по себе ничего не меняет. Вилороги просто превосходят других во всем, что влияет на скорость движения. Как и предполагалось. Нет смысла иметь какое-либо одно звено в системе с дополнительными возможностями по сравнению с любым другим. Нет смысла, например, в системе подачи кислорода в мышцы, которая значительно превышает возможности этих мышц по использованию кислорода. Кроме того, антилопа – это нечто большее, чем просто сумма ее характерных черт, и никакое препарирование никогда не отделит от нее величайшие ее атрибуты: задор и удовольствие от бега. Как отозвался Гэри Тербак в своем теплом рассказе об этом великолепном существе:
История полна рассказов о том, как антилопы якобы просто так вступали в гонку с лошадьми, машинами, поездами и т. д. Не является ли преувеличением мысль о том, что, когда в воздухе прерии – прохлада и свежесть, вилорогая антилопа не поднимается со своего ложа, не вытягивается и не бежит во всю прыть по влажной утренней траве… только потому, что ей от этого хорошо? Почему бы вилорогу в расцвете лет не желать, чтобы ветер свистел у него в ушах, когда он летит со скоростью 50 или 60 миль в час? Не желать слышать ритмичный стук копыт по земле прерии? Не раздуваться звериной гордостью оттого, что ты лучше всех? Биологи могут насмехаться над этим, но это точно случается на рассветах. Должно случаться.
Большинство биологов вовсе не стали бы смеяться над этой цитатой. Игра жизненно важна для многих животных. Она в высшей степени практична и совершается для удовольствия. Удовольствие – непосредственный механизм для достижения многих конечных выгод.
Джон А. Байерс, подробно изучавший игру, обнаружил, что у детенышей антилоп-вилорогов и других копытных, которым скорость необходима для выживания, игра заключается в быстром беге, способном перемежаться поворотами и прыжками.
Юный вилорог во время игры
Долгое время оспаривалась точка зрения, что такие непомерные и даже, казалось бы, бесполезные затраты энергии имели какую-то ценность для выживания. Все же Байерс обнаружил, что те детеныши вилорога, которые играли больше, имели и больше шансов выжить в первый месяц жизни. Точно так же главная игра хищников – это, как и у нас с вами, симуляция хищного поведения, что в конечном счете делает их лучшими хищниками. Мы – единственные в мире охотники, которые добровольно охотятся, даже если не нуждаются в мясе. Мы можем охотиться, используя не самое эффективное оружие, например старые ружья и даже луки и стрелы, хотя вместо этого могли бы пользоваться мощными винтовками с оптическими прицелами. Для нас охота не всегда (в настоящее время) является необходимостью. Это тоже игра.