Удивительная биология

И все же остается главный вопрос – откуда животные заранее знают, каким будет сезон дождей, какой будет погода? Одни исследователи считают, что животные способны улавливать факторы, влияющие на их биологические ритмы. Другие полагают, что в поведении животных отражаются те неблагоприятные условия (включая погодные), которые имели место в момент зачатия или рождения потомства, в особенности недоношенного. Но это уж совсем никак не связано с умением предсказывать погоду.

Как бы там ни было, веками собранные факты подтверждают способность животных тонко реагировать на изменение погоды и другие явления, происходящие в природе.

В поисках гармонии

Биологи давно уже обратили внимание на экстремальные принципы. Заложенная в них идея оптимальности, экономии как нельзя лучше соответствует давнему представлению о совершенстве и целесообразности живой природы. Дарвиновская концепция эволюции и естественного отбора подвела под это представление «законный» естественно-научный фундамент: выживают наиболее приспособленные. Живой организм прошел много туров естественного отбора, и каждый раз отбирались «лучшие из лучших». Естественно ожидать, что в результате этот самый живой организм должен быть в каком-то смысле совершенным, оптимальным, наиболее экономным.

Но что именно экономит природа, создавая живой организм? Энергию? Материалы? А может быть, минимизирует энтропию (греч. en – в, внутрь, trop – поворот, превращение)? Недаром живые существа кажутся на первый взгляд каким-то странным исключением из всеобщего закона возрастания энтропии. Идея экономии энергии чрезвычайно стара, она возникла раньше самого понятия энергии и обычно формировалась в терминах «сила», «работа» и т. п. «Работа – не волк, в лес не уйдет», «Работа любит дураков» – такими репликами обменивались, наверное, еще троглодиты, полеживая в пещере. Столетия спустя немецкий философ-идеалист Г. В. Лейбниц (1646—1716) формирует ту же идею в более респектабельной форме: «Мудрому не свойственно тратить силы сверх надобности».

Из принципа экономии энергии можно вывести целый ряд биологических закономерностей – таких как толщина шерстяного покрова у различных видов животных, параметры систем в условиях нормы и патологии, оптимальная концентрация эритроцитов в крови и ряд других фактов. Поясним логику этих расчетов хотя бы таким примером – расчетом оптимальной толщины шерстяного покрова у теплокровных животных. С одной стороны, чем толще шерстяной покров, тем лучше термоизоляция, тем меньше энергии нужно тратить на поддержание нормальной температуры тела в условиях холода. Но, с другой стороны, шерсть – это дополнительный вес, а значит – дополнительные расходы энергии при перемещениях. Кроме того, шерсть, как и все другие ткани организма, должна возобновляться, а это означает опять-таки расход энергии на синтез белка (кератина), из которого состоит шерсть.

Следовательно, зависимость суммарных энергетических затрат от толщины шерстяного покрова имеет сложную форму. У этой зависимости есть минимум, которому и соответствует оптимальная толщина шерстяного покрова. Положение минимума определяется целым рядом факторов: средней продолжительностью холодного времени года, размерами тела, дальностью перемещений животного в поисках корма и т. п. Эти зависимости могут быть рассчитаны теоретически и сопоставлены с опытом. Сопоставление показывает хорошее совпадение данных расчета и опыта.

Исследователи, разрабатывающие принцип экономии энергии, видят в нем прежде всего средство объяснения конструктивных особенностей организма, его размеров, форм, пропорций, значения тех или иных параметров. Между «конструкцией» и «поведением» нет непроходимой границы. Устойчивые формы поведения в конце концов закрепляются в конструкции, а конструкция многое предопределяет в поведении.

И действительно, стоит взглянуть на тропинки, которые мы протаптываем для кратчайшего пути через газоны, как в голову приходит мысль об экономии энергии (и времени тоже; но для живого организма, постоянно работающего на самоподдержание, время имеет определенную энергетическую стоимость). Между прочим и организация летящей стаи журавлей – знаменитый клин – тоже следствие экономии энергии. Каждая птица летит в зоне наименьшего сопротивления, создаваемой волной от предыдущей птицы.

Можно привести много и других примеров. И все же…

И все же гораздо больше примеров, где принцип экономии энергии нарушается и поведение организма подчиняется какому-то другому принципу, явно более мощному.