Энергия жизни. От искры до фотосинтеза

В двух предыдущих главах я указывал на то, что энергия, производимая с помощью катаболизма углеводов и жиров, переводится на хранение в виде высокоэнергетических фосфатных связей с эффективностью 45 процентов. Хоть это и высокий показатель эффективности, гораздо более высокий, чем у многих полезных изобретений человека, все равно очевидно, что больше половины энергии, получаемой при расщеплении пищевых продуктов, теряется. (Ну, не то чтобы она совсем уж прямо терялась, даже в тепловой форме она помогает человеку, как теплокровному созданию, поддерживать температуру тела на должном уровне.)

Более того, энергия теряется и при использовании ее из АТФ. Так, если АТФ используется для образования сахарофосфата или пептидной связи, то тратятся все 8 килокалорий, тогда как для реакции необходимо только 4, то есть эффективность снижается еще в два раза.

В целом получается, что лишь процентов 10 от энергетического содержания пищи уходит действительно на уменьшение энтропии. А пустая трата оставшихся 90 процентов — это вклад живого существа в общее увеличение энтропии, неизбежно следующее из второго закона термодинамики.

Из этого можно сделать вывод, что из десяти килограммов переваренной пищи получится один килограмм живой ткани. Теперь предположим, что один вид живых существ («потребитель») получает пищу путем поедания другого живого существа («производителя»). Если потребителю необходимо лишь поддерживать свою клеточную массу на протяжении жизни, то получается, что производитель должен поддерживать свою клеточную массу на уровне в десять раз большем.

Если же и потребитель, в свою очередь, служит пищей для третьего типа организмов (назовем его потребитель-2), то выходит, что клеточная масса потребителя тоже должна десятикратно превышать клеточную массу потребителя-2. Можно ввести еще потребителя-3, -4 и так далее.

Поясню на примере: допустим, львы живут за счет поедания зебр. Если популяции обоих видов стабильны, то на каждый килограмм массы львов должно приходиться по десять килограммов массы зебр. А поскольку зебры живут за счет поедания травы, то на каждый килограмм массы зебр должно приходиться по десять килограммов массы травы.

Это пример простейшей пищевой цепочки — и каждая пищевая цепочка непременно имеет пирамидальную форму. Много звеньев в ней быть не может, поскольку с каждым шагом вверх приходится делить на 10, и в итоге мы очень быстро доходим до крайне малых значений, даже начиная с вполне внушительных. Те немногие виды живых существ, что венчают пирамиду, — это должны быть сильные и крупные существа, способные поедать других хищников и не поедаемые сами, в свою очередь, уже никем, — находятся действительно в завидном положении, но их не может быть много. Белый медведь, живущий за счет поедания морских котиков, или кашалот, питающийся гигантскими кальмарами, или косатка, охотящаяся на других дельфинов, — все это, так сказать, «дорогие» и «энергоемкие» формы жизни. Земля таких много не вынесет.

Улучшить свое положение в этом отношении представители «высшего» вида могут, сократив число звеньев в цепочке. Если бы лев мог научиться есть сразу траву, а не зебр, то тем самым он увеличил бы свой пищевой запас вдесятеро. Количество львов в мире могло бы удесятериться без ухудшения качества жизни каждого из них — или при сохранении сегодняшнего количества каждый лев мог бы стать вдесятеро крупнее.

Для львов это, конечно, нереально, но не случайно крупнейшие на Земле животные — слоны, бегемоты и носороги — травоядны.

По правде говоря, на Земле существовали когда-то и хищники размером куда больше слона. Масса тираннозавра, крупнейшего из когда-либо существовавших наземных хищников, была как минимум вдвое больше, чем у современного слона. Но и травоядные животные того периода, составлявшие рацион тираннозавра, были куда крупнее современных. И самые крупные из древних гигантских рептилий мезозойской эпохи — брахиозавры и бронтозавры — были все же травоядными.

Океан, куда более богатый жизнью, чем суша, дает возможность существовать самым крупным хищникам. Кашалот по размерам и массе не уступает самым крупным из динозавров — а ведь он хищник, употребляющий в пищу других хищников (гигантских кальмаров), размером не слишком уступающих ему самому. Однако самый крупный из китов, голубой кит, масса которого может достигать 150 тонн, самое крупное животное изо всех, когда-либо существовавших на Земле, тоже устранил из пищевой цепочки несколько звеньев и питается крошечными креветкообразными рачками и прочим планктоном, процеживая ради этой пищи тонны воды через китовый ус.