logo
 

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

 

ИСТОРИЯ РОССИИ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

Мы добрались до гипотезы, которой в последние десятилетия уделено, наверное, больше всего внимания. Что особенно хочется отметить: кажется, это единственная версия, для которой исследователи попытались построить нормальную физическую модель. Иначе говоря, на этот раз ученые не только рассуждали о том, как страдали наши предки от блох или от жары, а выразили свою идею в виде набора формул и попробовали посчитать — сходится ли? Дело в том, что гипотеза, о которой пойдет речь, центральную роль в эволюции наших волос отводит проблеме терморегуляции — поддержания постоянной температуры тела. А температура, теплопроводность, теплообмен — физические понятия, которые очень хорошо выражаются в цифрах.

Идею о том, что в исчезновении шерсти виноват климат, обсуждал еще Дарвин. Как я уже писал, ученый относился к этой гипотезе с большим сомнением.

Но ни Дарвин, ни его последователи не могли отрицать, что человек гораздо лучше переносит жару, нежели холод, и в северных краях может жить только благодаря искусственному теплу и одежде. Очевидно, что прародина людей находилась в тропических широтах, где риск перегреться намного выше опасности замерзнуть. В жарких краях очень многие животные так или иначе вынуждены бороться с перегревом, особенно те из них, кто живет на открытой местности. В лесу всегда есть возможность спрятаться в тень, а в саванне тебя нещадно жарит солнце. Центральная нервная система очень чувствительна к перепадам температуры, а это крайне актуально для приматов с их крупным мозгом.

Ученые давно обратили внимание на удивительное свойство человека — его способность обильно потеть. Именно это позволяет людям справляться с жарой. Отказ потовых желез быстро приводит к тепловому удару. В отличие от человека, многие животные, которых изучали биологи в лабораториях, — крысы, кролики, кошки, собаки, морские свинки, не способны потеть и поэтому высокие температуры переносили плохо.

А чем же потение так замечательно? Вы много раз убеждались в этом сами, когда после купания выходили на берег. Даже в жаркий денек на какое-то время вас охватывал озноб — настолько эффективно «паровое» охлаждение. Вода испаряется с кожи, а при этом поглощается тепловая энергия, которую жидкость забирает у тела. Мы остываем.

Потение — не единственный выход. Разные животные по-своему борются с жарой. Кто-то просто прячется в укрытие и спит в полуденный зной, а на промысел выходит утром и вечером. Если вдобавок питаться раз в два-три дня, как многие хищники, то можно не вылезать из логова целыми сутками. Кто-то открывает рот, высовывает язык и часто-часто дышит — вот вам другой способ испарения жидкости, всеми своими слизистыми. Чтобы испарять активней, нужно отрастить длинную морду и здоровенную носовую полость, а язык высовывать подальше. Сами понимаете, что эффективность такого способа ограничена. Главное, что при частом неглубоком дыхании кислорода в легкие поступает немного, поэтому в таком режиме долго не побегаешь. Лучше всего — залечь где-нибудь в тени. Еще вариант — вылизывать себя, покрывая шкуру жидкой слюной, как поступают некоторые грызуны и кенгуру. Но слюна быстро испаряется, поэтому в зной кенгуру постоянно заняты вылизыванием.



Некоторые тропические животные научились избирательно охлаждать мозг с помощью хитрого теплообмена через сеть кровеносных сосудов: охлажденная венозная кровь из поверхностных вен забирает тепло у поступающей от сердца горячей артериальной крови. Но природа не одарила приматов такой системой охлаждения. Нет у обезьян ни большой носовой полости, ни огромной пасти (правда, в этом направлении движутся павианы). Зато приматы — по крайней мере, некоторые из них — хорошо умеют потеть.

Познакомимся поближе с потовыми железами, которые делятся на два типа: апокриновые и эккриновые. Апокриновые железы находятся глубоко в коже, их протоки открываются в волосяную воронку (углубление в коже, где расположен корень волоса). Эти железы производят густой и пахучий пот. Эккриновые железы поменьше, расположены ближе к поверхности кожи и не связаны с волосяными луковицами. Выделяемый ими пот на 99 % состоит из воды.

Любопытно вот что. У большинства зверей эккриновые железы есть только на стопах, включая соприкасающуюся с землей поверхность пальцев. Полагают поэтому, что первоначальная функция этих желез заключалась в смачивании трущихся частей для лучшего сцепления. Покрытая волосами шкура млекопитающих содержит апокриновые железы, которые создают сигнальный или привлекающий половых партнеров запах. Некоторые животные, правда, используют апокриновые железы для охлаждения. Особенно преуспели в этом лошади, а также коровы, овцы, верблюды.

Удивительное исключение — приматы. Как и у прочих млекопитающих, у всех обезьян эккриновые железы имеются на ладонях и стопах. У цепкохвостых обезьян Южной Америки эккриновыми железами снабжена голая трущаяся поверхность хвоста, а у шимпанзе и горилл они есть на костяшках пальцев, на которые эти приматы опираются при ходьбе. Но этими участками кожи «эккриновая территория» приматов не исчерпывается — у обезьян Старого Света эти железы есть по всему телу. У низших обезьян типа мартышек на большей части шкуры соотношение эккриновых и апокриновых желез составляет 50:50. У человекообразных эта пропорция уже 3:2 в пользу эккриновых желез. И наконец, убедительная победа эккриновых желез у человека — почти 100 %. Апокриновые железы у нас остались только в подмышках, паху, вокруг сосков и в ушах. Остальная часть человеческой кожи покрыта большим количеством эккриновых желез, которых у человека примерно 3 млн или даже, по некоторым оценкам, до 5 млн.

Любопытный факт: у человеческого плода в пять — шесть месяцев апокриновые железы покрывают все тело, как у обезьян, но затем большинство их исчезает. Ну и где ваша неотения?


В подмышках у человека сосредоточены многочисленные апокриновые, эккриновые и сальные железы, образующие так называемый подмышечный орган. Такой же есть у горилл и шимпанзе, но отсутствует у других обезьян.

Зачем нам эккриновые железы? Чтобы без устали выделять водянистый пот. Чем выше температура, тем активнее работа желез. Исключение составляют потовые железы на ладонях и стопах, которые реагируют на наши эмоции (вспомним выражение: «Ладони вспотели от испуга»). А наш лоб и подмышки потеют и при нагреве, и при переживаниях.

На каждом квадратном сантиметре лица человека находится порядка 270 потовых желез. На остальном теле — 160 на см2. Но выше всего их концентрация на подошвах — в среднем 620 на см2.


Конечно, другие приматы тоже способны потеть. Однако у человека эта способность доведена до максимума. Его железы производят больше пота, чем железы любой другой обезьяны.

Некоторые авторы уверенно заявляют о том, что по количеству потовых желез люди рекордсмены среди обезьян. Например, антрополог Дэниел Либерман из Гарварда утверждает, что плотность эккриновых желез у человека вдвое выше, чем у шимпанзе. Ссылается он, правда, на работу Монтаньи и Юна 1963 года, где таких выводов — и вообще данных по числу потовых желез у шимпанзе — мне найти не удалось… Авторы всего лишь пишут, что эккриновые железы у этих обезьян многочисленны, а плотность их сильно варьирует. Очень полезно иногда не верить авторам на слово и читать первоисточники!


Добавлю, что потливость наших волосатых родственников изучена не слишком хорошо. У разных исследователей приведены разные цифры. В экспериментах Питера Хили при нагреве воздуха до 40 °C два шимпанзе выделяли не больше 80 г пота с 1 м2 кожи в час. Для бабуинов этот же показатель достиг почти 100 г. В других опытах, проведенных в 1993 году, с головы павиана гамадрила выделялось 329 мл/м2 в час, а с кожи груди — 185 мл/м2 (плотность пота близка к единице, т. е. 1 мл весит примерно 1 г). Это уже близко к человеческим показателям! Обратите внимание, что павианы, как и человек, живут не в лесу, а на открытой местности. Возможно, поэтому и потеют они гораздо обильнее шимпанзе.

В тропическом лесу, конечно, тоже бывает жарко, но все же воздух не прогревается так, как на просторах саванн. В джунглях, как правило, нет сильного ветра, там высокая влажность, а кроны деревьев защищают от прямых солнечных лучей. Другое дело в саванне, где даже в тени, если такая найдется, температура растет за счет тепла, отраженного от земли и других поверхностей. В саванне появляется ветер — вы думаете, это облегчит участь животного? Представили себе приятный освежающий ветерок? Вот только если температура воздуха ВЫШЕ температуры тела, горячий ветер будет не охлаждать, а еще сильнее нагревать вас. Зато в саванне низкая влажность, часто ниже 50 % — хорошие условия для испарения, а значит, для охлаждения с помощью пота.



Еще один вид саванных обезьян сродни нам по потливости: мартышки-гусары. Они не только живут на открытой местности, но и приобрели репутацию самых шустрых приматов. Даже их самки, нагруженные детенышами, способны долго и быстро бегать. Как же мартышки-гусары выживают в саванне, где температура воздуха днем может превышать 36 °C?

В 1980 году биологи из Гарварда поставили ряд опытов на ручном самце мартышки-гусара. Обезьянку, обвешанную термодатчиками, приучили мчаться по беговой дорожке на скорости до 16 км/ч. Когда температура воздуха доросла до 53 °C, обезьяна потела с интенсивностью 300 мл/м2 в час! Рекорд среди обезьян, и это, возможно, не предел.

А что у человека? По одним данным, уровень потения людей колеблется в пределах 366–884 г/м2 в час2. Другие приводят цифру до 1000 г с 1 м2 — и до 3 л в час с человека, правда, только короткое время при интенсивной работе. Обычно человек выделяет от 1 до 2 л пота в час.

Ближайшие наши конкуренты по потению — не обезьяны, а ослы и верблюды, но и они вдвое уступают человеку.

Впрочем, дело не только в количестве выделяемой жидкости. Чтобы остывать эффективнее, нужно:

— чтобы воздух свободно циркулировал у поверхности кожи;

— большое число кровеносных сосудов под кожей, чтобы быстрее охлаждалась кровь;

— наконец, хорошо бы, чтобы вода испарялась прямо с поверхности тела, забирая у него тепло.

А как же иначе, спросите вы? Но если животное покрыто волосами, то пот пропитывает шерсть и испаряется с волос, охлаждая не столько тело, сколько окружающий воздух. В этом случае эффективность потения снижается. Кроме того, шерсть создает вблизи кожи слой относительно неподвижного воздуха, препятствуя теплообмену с окружающей средой и замедляя испарение.

Любопытный эксперимент провел в середине XX века физиолог Кнут Шмидт-Нильсен. Он показал, что, если верблюда постричь, тот теряет воду в два раза быстрее.


Эврика! Наши предки и лишились шерсти, чтобы эффективнее потеть. Одним из первых эту мысль кратко сформулировал в 1955 году антрополог Карлтон Стивенс Кун, полагавший, что исчезновение волос позволило ветру лучше охлаждать человеческую кожу в сухих жарких условиях. Сходную идею выдвинул в 1964 году другой американский антрополог, Уэстон Ла Барр. Тогда в журнале Current Anthropology вышла статья Чарльза Хоккета и Роберта Эшера, которые представили читателям свой взгляд на процесс становления древнего человека. Важную роль, по их мысли, в эволюции предков Homo сыграла охота. Авторы развивали знакомую нам «одежную» гипотезу исчезновения шерсти. Хоккет и Эшер, кстати, предположили, что одежда первоначально служила не для согрева, а для переноски орудий (!) и развилась из «лиан, которые древние гоминиды обвязывали вокруг своего торса».

Статья стала поводом для дискуссии с участием ведущих мировых ученых: еще до публикации редакция журнала выслала этот материал десяткам специалистов, собрала их комментарии, а затем опубликовала все вместе, включая ответ авторов на критику. Достаточно упомянуть, что в качестве комментаторов выступили основатель синтетической теории эволюции Феодосий Добржанский, известнейшие антропологи Эшли Монтегю и Маргарет Мид, уже знакомый нам Адольф Шульц. Высказал свое мнение и Уэстон Ла Барр, который заинтересовался: если наши предки эволюционировали как охотники, то не помогала ли им гладкая кожа рассеивать избыток тепла, выделяемого при энергичных охотничьих бросках? Не это ли стало фактором отбора на гладкокожесть? Ла Барра поддержали другие специалисты. Эшли Монтегю добавил, что древним гомининам было необходимо бороться с перегревом, и гладкая кожа вместе с возросшей способностью потеть стала отличным механизмом для решения этой задачи. А то, что лесные животные потеют слабо, — довод в пользу того, что человек эволюционировал в саванне, а не в лесу.

Замечательный эталон плодотворной дискуссии, прямо мозговой штурм лучших умов! И пример адекватной реакции оппонентов: авторы статьи признали, что идея Ла Барра блестящая, и «с радостью отбросили свое робкое предположение» по поводу одежды.

Два года спустя идею терморегуляции развил в книге «Эволюция человека» американский антрополог Бернард Кэмпбелл. В какой-то момент наши предки от собирательства и падальничества перешли к активной совместной охоте. Большинство хищников охотятся ночью, рано утром или в вечерних сумерках, человек же стал активничать днем. Пробегитесь в жаркий полдень даже в течение 10 минут, и вы поймете, как важно для дневных охотников быстро избавляться от избытков тепла. Это и стало главной причиной исчезновения шерсти. На голове волосы остались, чтобы защищать от солнечного излучения. Ресницы, волосы в носу и в ушах выполняли защитную функцию, а на остальных частях тела развились в качестве сексуальной сигнализации. Кстати, волосы на лобке видны издалека, причем только у прямоходящего примата.

По-другому на проблему терморегуляции взглянул американский антрополог Рассел Ньюмэн. Этот ученый одним из первых обратил внимание на выгоды прямохождения с точки зрения защиты от перегрева. Если встать на две ноги и вытянуться в сторону солнца, то нагреваемая площадь заметно уменьшается — под солнечными лучами оказывается не вся спина, а только макушка и плечи.

На самом деле, еще за 20 лет до Ньюмэна биолог Д. Х. К. Ли, изучая терморегуляцию овцы, заметил, что в полдень это животное получает в четыре с лишним раза больше тепловой энергии, чем человек, именно из-за своей «горизонтальности». Но ученый не стал делать из этого эволюционных выводов.


По поводу функции шерсти Ньюмэн возражал Кэмпбеллу. Волосы предохраняют животное не только от холода. Густая блестящая шерсть эффективно защищает и от жаркого солнца — отражает тепло, поглощает и рассеивает его часть на расстоянии от кожи. Таким образом, писал Ньюмэн, шерсть полезна и днем и ночью. То, что волосяной покров препятствует испарению пота, нужно еще доказать. А вот то, что голый человек в солнечный день получает на треть больше тепла, чем человек в легкой одежде, доказано экспериментально. Лишиться одежды… т. е. волосяного покрова, в саванне невыгодно! По мысли Ньюмэна, не шерсть исчезла, чтобы эффективнее потеть, а потение развилось, чтобы хоть как-то уберечь голых обезьян от теплового удара. Благодаря этому древний охотник обрел способность к длительным забегам за добычей. За это он, конечно, расплачивался сильной зависимостью от воды. При этом обезвоживание человек переносит гораздо хуже, чем овца или тем более верблюд. А еще за раз мы способны выпить очень мало воды — не более 2 л за 10 мин (для сравнения: осел осиливает 20 л за 3 мин). Странное существо этот человек — так сильно потеет и так мало пьет. Вероятно, наши предки жили в местах, где всегда поблизости находился водопой, а потом научились запасать воду «вне тела» — Ньюмэн называет это триумфом технологии.

Когда же исчезла шерсть? Возможно, еще в лесу, до того, как наши предки переселились на открытые пространства. В лесной чаще шерсть не так важна, поскольку прямых солнечных лучей мало, а то тепло, которое проникает сквозь листву, прекрасно отражается человеческой кожей. Остается вопрос: почему же не исчезла шерсть у других человекообразных обитателей тропического леса?

Некоторые специалисты вслед за Ньюмэном считают, что уникальная черта человека — не просто прямохождение, а способность к выносливому бегу. Конечно, мы по сравнению со многими животными бегаем неблестяще. Спустите с поводка вашу собаку или попытайтесь угнаться за кошкой на улице, и вы убедитесь в том, что человек бегает в два раза медленнее большинства четвероногих. Люди не слишком маневренны и тратят при беге много калорий, а нашим ногам далеко до копыт лошади. Но у человека есть одно важное преимущество — выносливость. В этом с ним не сравнится ни одна обезьяна. Шимпанзе бегают редко и на небольшие расстояния. Человек же — даже любитель — способен покрыть в одном забеге более 10 км. Такие расстояния ставят людей в один ряд с волками или мигрирующими копытными. И это было бы невозможно без нашей способности потеть. Ведь при беге организм вырабатывает во много раз больше тепла, чем в покое.

Самое быстрое наземное животное на планете — гепард, разгоняясь до 100 км/ч, греется в 60 раз интенсивнее, чем на отдыхе. При беге температура тела гепарда быстро растет, и, как только она переваливает за 40 °C, животное прекращает движение, успев при этом пробежать не более 1 км. Можно предположить, что именно перегрев, а не усталость, ограничивают время гепардового «спринта».

Кстати, рекорд длительности и дальности непрерывного бега для человека — 499 км за 86 ч.

Способные к длительным забегам в жару, люди стали практиковать охоту с преследованием — вероятно, распространенный способ до того момента, как человек одомашнил собаку. Такой стиль охоты до сих пор изредка используют современные охотники-собиратели — например, бушмены в южноафриканской пустыне Калахари. Правда, для успешной охоты нужно не только выдержать многокилометровый забег, но и владеть искусством чтения следов.

Антропологу Льюису Либенбергу с 1985 по 2001 год удалось лично наблюдать несколько случаев охоты-преследования у бушменов, в том числе при съемках эпизода для фильма BBC «Жизнь млекопитающих» с Дэвидом Аттенборо.

Такая охота всегда происходила в самую жаркую пору дня, когда температура достигала 39–42 °C. За добычей отправлялась группа из трех-четырех охотников. Прежде чем броситься в погоню, они выпивали как можно больше воды и брали запас с собой. А дальше использовалась такая стратегия: выследив жертву — например, антилопу куду, — бушмены спугивали ее. Антилопа убегала, а охотники трусили за ней по следам. Главное искусство заключалось в том, чтобы снова напасть на след скрывшегося из глаз зверя и как можно быстрее поднять его, не дав отдышаться в тени. Снова и снова, в течение нескольких часов, охотники заставляли жертву удирать, пробегая в сумме до 35 км со скоростью 6–10 км/ч. При этом бушменам приходилось терпеть сильный зной, продираться сквозь кустарник, пока ноги увязали в песке. Не все рейды заканчивались успехом — порой животному удавалось уйти от преследователей. Поначалу, пока добыча еще полна сил, крайне сложно не потерять ее следы. Но вот жертва начинает уставать. Охотники знают, что лучшее время для охоты — конец сухого сезона, когда животные обычно истощены. Можно также подгадать, когда антилопам особенно досаждают насекомые или когда эти животные страдают от диареи; бушмены могут вычислить самую слабую особь. Главное, что благодаря обильному потению и запасу воды охотники справляются с жарой, а бедная антилопа в конце концов перегревается и падает в изнеможении либо просто прекращает бег. Остается подойти к добыче и прикончить ее.



По данным этнографов, такой же способ охоты используют индейцы Северной Америки, преследуя оленей и антилоп, или аборигены северо-запада Австралии, когда гоняются за кенгуру.

Но что, если ранние представители рода Homo были не гордыми охотниками, а всего лишь презренными падальщиками? В таком случае умение хорошо бегать пригодилось бы им, чтобы, завидев кружащих в небе стервятников, стремглав мчаться к свежей туше животного, пока до нее не добрались гиены и другие конкуренты.

 

 

Поиск

 

ФИЗИКА

 

Блок "Поделиться"

 
 
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru

Copyright © 2021 High School Rights Reserved.