Энергия наших мыслей

2 Lindstrom A., Klaassen M. & Kvist A. 1999. Variation in energy intake and basal metabolic rate of a bird migrating in a wind-tunnel. Funct. Ecol. 1999. 13:352-359. McWilliams S. R., Guglielmo C, Pierce B and Klaassen M. Flying, fasting, and feeding in birds during migration: a nutritional and physiological ecology perspective. J of Aviation Biology 35: 377…/393, 2004.

Одновременно в результате прямых измерений было обнаружено, что в ходе перелета дрозды практически не теряют в весе (потери менее 6% веса), а жировая масса остается неизменной. Надежды, что они получают энергию, расходуя свой жир, не оправдались. Птички действительно увеличивают массу жира перед полетом, но этот жир служит в основном для сохранения тепла. Чем выше, тем холоднее, и, чтобы не расходовать дополнительную энергию на обогрев, птицы формируют “тепловой барьер”, пальтишко, которое защищает их в полете от холодов.

Проведем несложные расчеты. Для птицы весом 30 г 6% составляет 1,8 г. При сжигании 1 г карбогидратов выделяется 4 ккал энергии (16,75 кДж), 1 г жиров дает 9 ккал, или 37,68 кДж. Прямое преобразование массы тела весом 1,8 г в энергию может обеспечить от 30 до 68 кДж. В реальности эта цифра гораздо меньше, так как коэффициент преобразования в организме намного меньше 100%.

Как мы видим, из 130 кДж, затраченных на полет, менее половины может быть обеспечено за счет сжигания пищевых запасов. Тем более это относится к птицам, летающим через Атлантику. Например, бурокрылые ржанки, имеющие средний размах крыльев всего 34 см, при своих сезонных миграциях совершают беспосадочный перелет со скоростью около 90 км/ч, от Алеутских до Гавайских островов — на 3300 км. С точки зрения классических представлений такой полет невозможен, птицы должны были бы умереть от истощения где-то на полдороге.

Следовательно, с классической точки зрения миграционные полеты птиц невозможны!

Однако птицы об этом не знают и летают уже в течение тысяч лет.

Неужели птицы следуют каким-то иным, неизвестным нам, физическим законам?

Мы очень осторожно относимся к рассуждениям об “особых биологических законах, или специальной биологической энергии”. Любой непонятный процесс надо сначала пытаться объяснить из известных принципов. В современной биологии очень перспективным является применение принципов СИНЕРГЕТИКИ — науки об открытых термодинамических системах. Классическая наука XIX века рассматривала все системы как ЗАКРЫТЫЕ — существующие за счет внутренних процессов. Этот подход привел к ряду тупиков в термодинамике и физике. Противоречия разрешились благодаря работам школ Ильи Пригожина и Хакена. Они показали, что большинство реальных систем в природе надо рассматривать как ОТКРЫТЫЕ — существующие за счет обмена не только веществом, но энергией и информацией с окружающим пространством. Причем с этими понятиями в каждом конкретном случае можно связать определенные физические процессы. Рассмотрим механизм извлечения энергии из воздуха на примере птиц. Дальнейшие страницы этого раздела могут оказаться слишком сложными для людей, не очень хорошо знакомых с биологией, поэтому их можно без большого ущерба пропустить. Главная идея — современные научные представления верны, но не всегда окончательны. Наука — это не закостеневшая совершенная система, а живой организм, постоянно развивающийся и постигающий новые горизонты. Самые перспективные идеи порой кажутся современникам безумными, но потом к ним привыкают и воспринимают безо всякого удивления.

Так и с биоэнергией. Мы много знаем, много понимаем, но это не истина в последней инстанции. И на пути познания нас еще ждет масса удивительных открытий. Но вернемся к птицам.

Дыхательная система птиц если не самая совершенная, то самая сложная среди позвоночных. В дыхательных путях мертвый объем ограничивается только трахеей, а воздух движется через легкие только в одном направлении, причем полный цикл воздух совершает за две пары дыхательных движений (вдох-выдох-вдох-выдох), так называемое двойное дыхание. Бронхи, войдя в легкое, отдают воздух во вторичные бронхи, частично выходящие за пределы легкого и образующие воздушные мешки, располагающиеся в различных частях тела птицы. Вторичные бронхи сообщаются между собой многочисленными парабронхами, оплетенными сетью кровеносных капилляров. Воздушные мешки в несколько раз превосходят легкие по объему. Воздушные мешки расположены между внутренними органами, между мышцами, под кожей и сообщаются с некоторыми полостями костей. Мешки не принимают участия в газообмене, они выполняют множество функций, среди которых наиболее важные — это обеспечение вентиляции легких и теплоотдача. Основная особенность дыхания птиц — легкие, не подлежащие растяжению, заключенные в жесткую грудную клетку, которая не меняет своего объема. Поэтому легкие продуваются воздухом через систему бронхов, а движение воздуха обеспечивается изменением объема дыхательных мешков.