Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Если верна старая поговорка: «Вы – то, что вы едите», как же получается, что мы не являем собой ходячие мешки с бургерами и картошкой фри? Ответ очевиден любому, у кого есть бурчащий и урчащий живот. Наши тела – комбинаты питания, но работающие в обратном направлении: превращающие пищу в нас с помощью сложного многоступенчатого процесса, который называется метаболизмом. Этот термин звучит как нечто из области биологии или химии (или, если хотите, биохимии), но, как и всё во Вселенной, он управляется законами физики. И здесь прослеживаются незыблемые причинно-следственные связи с законом сохранения энергии (а именно первым законом термодинамики). Эти связи можно проследить очень предметно и увидеть, как банан и шоколадный напиток, которые вы жадно проглотили во время обеда, превращается в полтора часа игры в теннис, несколько десятков электронных писем, а также множество мыслей и снов.

Мы воспринимаем питание с точки зрения здоровья (это тоже биология), но наше пищеварение – все же главным образом физика. То, что вы загружаете в свой рот и желудок, определяет то, что вы сможете, а чего не сможете сделать в последующие часы, дни и даже недели. Это неочевидно, но происходит потому, что даже самые худые из нас имеют существенные запасы жира, который может покрывать неожиданные перебои с поступлением питательных веществ в организм. Если вы набираете вес, то не потому, что вы слишком много съели (а сколько это – «слишком много»?), а потому что ваше тело израсходовало меньше энергии, чем потребило. Согласно законам физики, с любым избытком энергии нужно что-то делать.

Наша суть определяется не только тем, что мы едим, но и как мы это делаем. Как считают многие ученые, именно способность готовить, то есть обрабатывать естественную пищу, сыграла решающую роль в эволюции человека в существо с большим развитым мозгом и способностью мыслить. Процесс приготовления еды позволил сделать ее более питательной и богатой энергией, чем сырье для нее. Он сам прошел большой путь – от жарки доисторических буйволов на костре до быстрого разогрева готовых блюд в микроволновке на офисной кухне. Известные кулинары-экспериментаторы, например Хестон Блюменталь[232], показывают нам, что в кулинарии столько же науки, как и в процессе переваривания пищи человеком и превращения ее в запасы энергии в организме.

Пища и топливо

Люди нуждаются в пище так же, как автомобили в топливе, хотя, возможно, это и не самое точное сравнение. Машины не растут и не лечат себя сами, не потребляют энергию, когда стоят в гараже, и не набирают вес, если вы каждый раз заливаете полный бак. Пища и топливо производятся Солнцем, но в рамках принципиально разных процессов. Бензин или дизельное топливо, которые вы заливаете в бак автомашины – жидкие углеводороды, – создаются в течение порядка 200 млн лет и в результате сложных геологических процессов из остатков доисторических растений и морских животных. А помидор, который вы с удовольствием отправляете в рот, вызревал всего несколько недель. Несколько недель назад та энергия, которую он содержит (порядка 35 ккал/150 кДж), находилась в 150 млн км от Земли, на Солнце[233]. Хотя ваш бензин рожден тем же источником, он не видел солнечного света со времен, когда динозавры топтали Землю.

Другое очевидное различие между пищей и топливом заключается в том, что они обладают двумя разными видами накопленной в них потенциальной (химической) энергии и что мы применяем принципиально разные способы, чтобы превратить эту энергию в механическую. Автомашины в буквальном смысле «сжигают» энергию в прочных жаростойких «горшках», которые называются цилиндрами. Бензин превращается в механическую энергию, приводящую в движение колеса, благодаря процессу сгорания (взрыва), который происходит при взаимодействии углерода с кислородом. Но, хотя мы говорим о «сжигании» калорий, в нашем организме в буквальном смысле такого процесса не происходит. Когда мы потребляем еду, то запускаем сложный химический процесс ее превращения в глюкозу. Наши желудок и печень трансформируют пищу в сахар, который мы можем использовать быстро, или жир, который можно сохранять и использовать по мере необходимости. Именно поэтому нам не нужно всю жизнь щипать траву. Многие используют слово «респирация» как синоним дыхания, но на самом деле оно означает превращение запасов нашей «телесной энергии» в другие ее виды с использованием кислорода, содержащегося в воздухе. Это примерно то же самое, как если бы процесс фотосинтеза (превращения солнечного света в биохимическую энергию) шел в обратном порядке; и похоже на процесс сгорания в цилиндрах вашего автомобиля.