Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм. Сокращенный вариант
advertisement
Герман Понцер Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм «Маленький» вопрос жизни и смерти Энергия – это валюта нашей жизни; без нее мы бы умерли. Тело человека состоит примерно из 37 триллионов клеток, каждая из которых гудит, как микроскопическая фабрика, каждую секунду каждого дня. Вместе они за двадцать четыре часа расходуют достаточно энергии, чтобы довести до кипения около 30 литров ледяной воды. Наши клетки затмевают своей производительностью даже звезды: каждая унция живой человеческой ткани тратит в десять тысяч раз больше энергии каждый день, чем 25 г массы солнца. Часть ее расходуется под нашим сознательным контролем, а именно благодаря мышечной активности, которую мы используем для движения. Однако некоторые вещи мы осознаем довольно смутно, например сердцебиение и дыхание. Большая часть этой бурной деятельности происходит полностью под поверхностью огромного и невидимого океана клеточных процессов, которые поддерживают в нас жизнь. Мы замечаем, что что-то идет не так, когда это «что то» уже вышло из строя. Ожирение, диабет второго типа, сердечно сосудистые заболевания, рак и почти все другие болезни, которые преследуют нас в современном мире, чаще всего вызваны тем, что тело неправильно расходует и потребляет энергию. И все же, несмотря на важность для жизни и здоровья, метаболизм (то, как наши тела расходуют энергию) повсеместно неправильно понимается. Сколько энергии в среднем тратит взрослый человек каждый день? На каждой этикетке в супермаркете вы увидите, что стандартная американская диета составляет 2000 калорий в день – и это неправильно. Девятилетние дети тратят 2000 калорий; для взрослых эта норма составляет уже 3000 калорий, в зависимости от того, сколько вы весите и какой у вас процент жира (и, чтобы вы понимали, рассуждая о наших ежедневных энергетических потребностях, мы говорит о килокалориях, а не просто калориях). Сколько километров нужно пробежать, чтобы сжечь калории одного съеденного пончика? Как минимум три, но опять же это зависит от того, сколько вы весите. Если уж на то пошло, то куда девается тот жир, который мы «сжигаем»? Думаете, он превращается в тепло, пот, мускулы? Нет, нет и нет. Вы выдыхаете большую его часть в виде углекислого газа и превращаете небольшую долю в воду (но не обязательно в пот). Если вам это было неизвестно, ничего страшного, вы взяли в руки правильную книгу. Большинство врачей, кстати, тоже этого не знает. Без сомнения, мы стали невеждами в области расчета энергии из-за пробелов в обучении. Человеческий мозг просто отторгает информацию, которую не использует. Когда трое из четырех американцев не могут назвать три ветви власти федерального правительства США – важную информацию, которую мы впитываем на протяжении почти 20 лет обучения в школе и университете, – это вызывает сомнения в том, что они вспомнят более сложные моменты из школьной биологии, например цикл Кребса. Но наше слабое понимание поддерживается и поощряется множеством шарлатанов и интернет торговцев, продвигающих ложные идеи, как правило, для личной выгоды. Неосведомленной аудитории, стремящейся оставаться здоровой, вы можете «продать» почти все, что угодно, независимо от того, насколько это абсурдно. «Ускорьте свой метаболизм» – говорят они. «Сжигайте жир с помощью этих простых приемов! Избегайте этих продуктов, чтобы оставаться худым!» – читаем мы на страницах глянцевых журналов. И все это, как правило, не подтверждено никакими реальными данными и не обосновано с научной точки зрения. Но главная, структурная причина неправильного понимания расходования энергии заключается в том, что мы в корне неверно поняли науку о метаболизме. С самого начала современных исследований этой темы на рубеже XX века нас учили думать о человеческих телах как о простых двигателях: мы получаем топливо в виде пищи и сжигаем его, увеличивая обороты с помощью упражнений. Любое лишнее, несгоревшее топливо накапливается в виде жира. Люди, у которых двигатель работает «быстрее» и которые сжигают больше калорий каждый день, менее склонны к накоплению жира. Если у вас уже появилось немного нежелательного жира, просто больше тренируйтесь, чтобы сжечь его. Эта модель довольно привлекательна и проста, своего рода инженерный взгляд на метаболизм. И она правильная: наши тела нуждаются в пище, и несгоревшее топливо накапливается в виде жира. Однако все остальное в этой модели в корне неверно. Тела не работают как простые машины по сжиганию калорий, потому что они являются продуктами не инженерии, а эволюции. Наука только начинает в полной мере понимать, как пятьсот миллионов лет естественного отбора сделали метаболические двигатели невероятно динамичными и адаптируемыми. Наши тела стали очень хитрыми, способными реагировать на изменения в физических упражнениях и диете способами, которые имеют эволюционный смысл, даже если они препятствуют нашим попыткам оставаться подтянутыми и здоровыми. Увеличение уровня физической нагрузки вовсе не приводит к большим затратам энергии, а сжигание большего количества топлива не защищает от ожирения. И все же общественная система здравоохранения упорно настаивает на инженерном взгляде на метаболизм, вредя тем самым усилиям побороть ожирение, диабет, сердечно сосудистые заболевания, рак и другие болезни, которые, скорее всего, убьют нас. Без правильного понимания того, как наш организм расходует энергию, мы быстро разочаровываемся, когда видим, что планы по снижению веса терпят крах, стрелка весов упорно отказывается сдвинуться с места, несмотря на искренние усилия в тренажерном зале, а новейшая и самая распространенная магическая теория метаболизма подводит нас. Эта книга исследует новую, развивающуюся науку о человеческом обмене веществ. Как биолог, интересующийся эволюционным прошлым человека, а также нашими перспективами на будущее, я работаю на передовой в области исследований метаболизма у людей и других приматов уже более десятилетия. Волнующие и удивительные прорывы последних нескольких лет меняют наше понимание взаимосвязи между расходом энергии, физическими упражнениями, диетой и болезнями. На страницах этой книги мы рассмотрим то, как эти открытия могут стать основой долгой и здоровой жизни. Большая часть этой новой науки появилась в результате работы с хадза и подобными им племенами: маленьким, неиндустриальными обществами, интегрированными в местную экологию. Эти культуры могут многому научить представителей развитого социума, но это не карикатурная версия жизни охотников и собирателей, популяризированная в большинстве современных палеодвижений. За последние несколько лет я и мои коллеги также многое узнали о том, как диета и ежедневная физическая активность помогают этим группам населения избавиться от «болезней цивилизации», которые терзают нас в модернизированных, урбанизированных, индустриальных странах. Мы отправимся в эти племена, чтобы узнать, как они живут, и чему-то у них научиться. Кроме того, мы посетим зоопарки, тропические леса и археологические раскопки по всему миру, чтобы увидеть, как исследования живых обезьян и ископаемых останков людей помогают понять наш процесс обмена веществ. Но для начала нам нужно получить представление о роли метаболизма в жизни человека. Чтобы по-настоящему оценить важность энергозатрат, мы должны выйти за рамки повседневных проблем со здоровьем и болезней. Подобно тектоническим плитам земли, метаболизм – это невидимая основа всего, медленно изменяющаяся и очерчивающая нашу жизнь. Знакомая нам география человеческого существования – от первых девяти месяцев в утробе матери до восьмидесяти лет, которые мы могли бы прожить на этой планете, – формируется специальными двигателями, работающими внутри нас. Наш большой умный мозг и многометровый кишечник построены и приводятся в действие метаболическими механизмами, сильно отличающимися от тех, которые есть у наших сородичей обезьян. Как мы поняли только недавно, эволюционировавший метаболизм сделал нас причудливым и удивительным видом, каким мы стали сегодня. И все же темп человеческой жизни можно назвать, как угодно, но только не присущим каждому виду. Когда речь заходит о нашем жизненном цикле, о том, с какой скоростью мы растем, размножаемся, стареем и умираем, человек оказывается вне рамок животного мира. Все происходит как в замедленной съемке. Если бы люди жили как типичные млекопитающие нашего размера, мы достигали бы половой зрелости до двух лет и умирали к двадцати пяти. Женщины бы рожали по двухкилограммовому младенцу каждый год. У шестилетнего ребенка уже были бы внуки. Повседневная жизнь стала бы неузнаваемой. У нас есть интуитивное, культурное чувство того, насколько люди странные, но благодаря антропоцентрическому мировоззрению мы все переворачиваем с ног на голову. Наши питомцы, следуя обычному «режиму» млекопитающих, живут, как нам кажется, в ускоренном темпе. Мы говорим, что один собачий год равен нашим семи, так, будто они странные животные, которые отличаются от других. Но на само деле все не так: это люди странные. Попробуйте поступить наоборот: рассчитайте, сколько вам «собачьих» лет, и осознайте свою уникальность. По этим меркам мне почти три века, и я чувствую себя довольно хорошо, учитывая обстоятельства. Биологи, изучающие жизненный цикл, давно знают, что темп жизни – это не просто какой-то произвольный или фиксированный график, созданный высшими силами. Темп роста, рождаемость и скорость старения видов могут изменяться и изменяются в эволюционных масштабах времени. Мы также знаем, что у людей и других приматов (наша родственная семья, которая включает лемуров, обезьян) исключительно длинный жизненный цикл по сравнению с другими млекопитающими. У нас даже есть довольно хорошая догадка, почему приматы так медленно эволюционировали. Условия, в которых виды с меньшей вероятностью могут быть убиты хищником или другим злоумышленником, благоприятствуют медленной и размеренной жизни. Таким образом, мы знали, что у приматов, в том числе у нас, был очень длинный жизненный цикл, вероятно, в результате сниженного показателя смертности в далеком прошлом (возможно, способность жить на деревьях обезопасила наших предков от хищников). Чего никто не мог понять, так это «как?». Как люди и другие приматы умудрялись все замедлять, останавливая скорость развития и продлевая жизнь? Возможно, это как-то связано с метаболизмом, поскольку рост и размножение требуют энергии, о чем мы поговорим в Главе 3. Но какая тут связь? Это было неясно. Поиск ответа приведет нас в зоопарки и места обитания приматов по всему земному шару, раскрывая эволюционные изменения в обмене веществ, которые сделали «нормальную» жизнь такой необычной. На протяжении ста лет ученые изучали скорость основного обмена – количество калорий, сжигаемых в минуту, когда испытуемый находится в состоянии полного покоя (см. Главу 3). В 1980 х и 1990 х годах несколько исследований проверили идею о том, что большая продолжительность жизни приматов была связана с медленным обменом веществ и, следовательно, низкой скоростью основного обмена. Некоторые сторонники этой гипотезы, например Брайан Макнаб, утверждали, что почти все аспекты жизни и изменения рациона питания млекопитающих взаимосвязаны и напрямую зависят от этого показателя. Это была привлекательная идея, поскольку рост и размножение требуют энергии, а стремительный темп жизни, по-видимому, требует быстрого метаболизма. Но более строгий статистический анализ убил прекрасную идею Макнаба, показав, что у приматов была нормальная, ничем не примечательная для млекопитающих скорость основного обмена – и ничто не могло объяснить их необычно длительную продолжительность жизни. На этих результатах были основаны и другие эксперименты, благодаря которым ученым удалось прийти к консенсусу: люди, обезьяны, другие приматы и даже остальные млекопитающие по своей сути устроены одинаково (по крайней мере, когда дело касается метаболизма). Виды были просто по-своему сформированы, как машины с разными кузовами, но с одними и теми же двигателями. Принято считать, что расход энергии у млекопитающих был в основном одинаковым и основывался на скорости основного обмена – это казалось мне вопиющей проблемой. Этот показатель измеряется тогда, когда субъект находится в состоянии покоя (почти спит), и поэтому он не может точно определить количество калорий, сжигаемых организмом каждый день. Кроме того, скорость основного обмена сложно оценить правильно. Если испытуемый возбужден, или замерз, или болен, или молод и растет, показатель может повышаться – и неудивительно, что большая часть данных о приматах была получена благодаря исследованию молодых послушных обезьян. Немногие ученые занимались захватывающей работой по измерению ежедневных энергетических затрат (общего количества калорий, сжигаемых в день, а не только скорости основного обмена) у различных видов животных, используя сложную изотопную методику, называемую методом дважды меченой воды (см. Главу 3). Их исследования показали, что расход энергии у млекопитающих сильно различается и, по-видимому, отражает их эволюцию. Я начал задумываться об этом. Что, если у людей и других обезьян разные метаболические механизмы? Что делать, если ежедневные затраты энергии различаются? Что это может сказать нам об эволюционном жизненном цикле человека, обезьяны и остальных приматов? К сожалению, работа с обезьянами и другими приматами – это такая огромная проблема, что казалось маловероятным, что мы когда-либо получим данные, необходимые для решения этих критически важных вопросов. Позже той же осенью, после того как изотопы были введены и все образцы собраны, я отправил коробку с мочой орангутанга Биллу Вонгу, профессору из отдела исследований Детского центра питания в Медицинском колледже Бейлора. Его электронное письмо с предварительными результатами было первым доказательством того, что мы нашли что-то интересное. Данные выглядели великолепно, писал Билл, но анализы показали, что орангутанги имеют низкие ежедневные затраты энергии. Очень низкие. Ученый попросил меня прислать все образцы, которые у меня были (мы собрали больше, чем требовалось для исследования), чтобы он мог просмотреть их все снова, бесплатно. Он хотел убедиться, что все цифры верны. Орангутанги удивительно ленивы – по сравнению с человеком они потребляют гораздо меньше калорий в пересчете на массу тела. Еще один круг повторных анализов – тот же результат. Орангутанги каждый день сжигали меньше калорий, чем люди. Разница была огромной. Ази, 110 килограммовый самец, сжигал 2050 килокалорий в день – столько же, сколько 29 килограммовый девятилетний ребенок. Взрослые самки, весившие 55 кг, тратили еще меньше энергии: 1600 килокалорий в день, что примерно на 30 % меньше, чем ожидалось для человека с такой массой тела. Неудивительно, что скорость основного обмена орангутангов также была низкой, намного ниже человеческой. Мы тщательно следили за ежедневной деятельностью обезьян на протяжении эксперимента, и все они были так же активны, как и орангутанги в дикой природе. (Читайте: не очень активны. Орангутанги удивительно ленивы.) Низкие ежедневные затраты энергии не были результатом жизни в неволе. Они говорили нам о том, что в эволюционировавшей физиологии орангутангов есть что-то фундаментально важное. Любой ученый живет ради этого момента. Мы буквально зачерпнули мерным стаканом неизвестные воды и обнаружили нечто неожиданное. Общепринятые постулаты о метаболизме приматов оказались ошибочными, по крайней мере частично. Оказалось, что между скоростью обмена веществ наших родственников обезьян и человека существует значительная разница. Люди и орангутанги являются потомками одного обезьяноподобного предка, жившего около восемнадцати миллионов лет назад. Однако за прошедшие тысячелетия эволюция сделала разным метаболизм наших двух линий. Люди и обезьяны отличаются не только формой и пропорциями. Оказалось, что внутри мы тоже другие. Но настоящий сюрприз меня ждал только тогда, когда я сравнил энергетические затраты орангутангов с другими животными: грызунами, плотоядными, копытными… В общем, с каждым видом плацентарных млекопитающих, энергозатраты которых изучались и были опубликованы (кроме, конечно, сумчатых, таких как коалы или кенгуру, потому что у них и так достаточно странная физиология). Поразительно, но орангутанги расходовали лишь треть от общего количества энергии, которое тратят плацентарные млекопитающие их размера. Только 1 % плацентарных млекопитающих сжигает так же мало калорий. Единственными видами с еще меньшими затратами на аналогичный размер тела оказались трехпалые ленивцы и панды. Все, что мы знали о середе обитания и биологии орангутангов, казалось, встало на свои места. У них чрезвычайно длинный жизненный цикл, даже по меркам приматов. В дикой природе самцы не достигают зрелости, а самки не рожают первого ребенка, пока им не исполнится пятнадцать лет. Последние размножаются невероятно медленно, с промежутком между беременностями от семи до девяти лет, что является самым длинным интервалом между появлением потомства по сравнению с любыми другими млекопитающими. Они также постоянно сталкиваются с непредсказуемой нехваткой пищи в родных индонезийских тропических лесах. Жизнь орангутангов зависит от фруктов, но бывают месяцы, когда плодов так мало, что им приходится срывать кору с деревьев и соскребать зубами мягкий внутренний слой, чтобы прокормиться. Нехватка еды, по-видимому, влияет на их социальное поведение, поскольку они единственный вид обезьян, который предпочитает жить в одиночку, потому что им не всегда хватает пищи, чтобы прокормить целую группу. Медленный метаболизм орангутангов связывал эти наблюдения воедино с их эволюционировавшей физиологией. Это также имело важные последствия для выживания вида. Жизнь в непредсказуемом тропическом лесу, где голод был постоянной угрозой, привела к такой адаптации, которая сводила к минимуму ежедневную потребность в энергии. Их метаболические двигатели эволюционировали, чтобы работать медленно, экономя топливо для защиты от истощения и смерти. Но последствия были суровыми: рост и размножение требуют энергии, а более медленный метаболизм неизбежно приводит к более длительному жизненному циклу. Это, в свою очередь, означает, что популяции орангутангов нужно больше времени на восстановление после природных или техногенных катастроф. Медленный метаболизм, элегантное эволюционное решение сложной окружающей среды, сделал орангутангов более уязвимыми к вымиранию перед лицом разрушения среды обитания и других вмешательств со стороны человека. Первые измерения суточного расхода энергии у обезьяны открыли новый мир метаболической эволюции, имеющий большое значение для экологии, здоровья и выживания. Что мы могли обнаружить? И как в эту картину вписывались люди? Имея на руках результаты анализов только небольшой горстки приматов, мы не знали ответов на все эти вопросы. Нам нужно было больше данных, от большего числа видов всего генеалогического древа приматов. К 2014 году мы собрали все данные. Отличались ли метаболические механизмы приматов от механизмов других млекопитающих? Результаты оказались поразительными. Приматы сжигают в 2 раза меньше калорий, чем другие плацентарные млекопитающие. Чтобы выразить это в понятных для человека цифрах, предположим, что нормальные ежедневные затраты энергии для взрослых людей составляют от 2500 до 3000 килокалорий в день (мы подробнее обсудим это в Главе 3). Исследование показало, что типичное плацентарное млекопитающее нашего размера сжигает более 5000 килокалорий в сутки. Это ежедневные энергетические затраты олимпийских спортсменов на пике подготовки! Но это не означает, что другие животные невероятно активны – они проходят не более 3 км в день и тратят большую часть времени на еду и отдых. Их тела просто сжигают энергию быстрее, намного стремительнее, чем может выдержать замедленный метаболизм обезьян. Наконец то мы получили ответ на вопрос, почему у людей и других приматов такой длинный жизненный цикл. Около 60 млн лет назад, в начале эволюции наших предков, произошло значительное сокращение энергетических затрат. Метаболические двигатели приматов замедлились до половины скорости обмена веществ других плацентарных млекопитающих. Была ли эта революция в обмене веществ вызвана давлением естественного отбора на жизненный цикл, или же виной были изменения в диете или окружающей среде, которые замедлили наш метаболизм и оказали значительное влияние на рост, размножение и старение – ответ на этот вопрос до сих пор остается неясным. Что нам точно известно, так это то, что глобальность эволюционных изменений метаболизма приматов точно соответствует трансформации цикла жизни. Медленные темпы роста, размножения и старения – это именно то, чего мы от них ожидаем, учитывая низкие ежедневные затраты энергии. Сегодня люди и другие приматы, обладатели этого метаболического наследия, живут дольше и медленнее, чем другие млекопитающие. Метаболические механизмы приматов сильно отличаются от других млекопитающих – приматы сжигают в два раза меньше калорий. Это довольно странно, но мы, как и многие исследователи до нас, обнаружили, что скорость основного обмена приматов была схожа с показателями других млекопитающих, хотя ежедневные затраты энергии у них резко различались. Мы полагаем, что несоответствие между этой скоростью и суммарным ежедневным расходом отражает большой размер мозга приматов (этот орган потребляет много топлива). И, следует отметить, связь между метаболизмом и жизненным циклом остается активно изучаемой и противоречивой областью исследований. Мы рассмотрим эти и другие темы в Главе 3 и в других разделах. А теперь давайте обратим внимание на последнюю загадку в развитии обмена веществ у приматов, которая будет обсуждаться на протяжении всей этой книги, – эволюционировавшую метаболическую стратегию нашего вида. Анализируя результаты проекта по изучению метаболизма приматов, мы строили планы относительно более крупных открытий. Исследование орангутангов и других обезьян показало, насколько изменчива скорость обмена веществ в течение эволюционного времени и насколько тесно она связана со средой обитания и жизненным циклом. Таким образом, ключевой вопрос заключался в следующем: что расход энергии может рассказать нам о нашей эволюции? Общепринятое мнение, как я уже упоминал ранее, состояло в том, что ежедневные затраты энергии были одинаковыми у обезьян и людей и не сильно различались у представителей нашей родословной линии. Знаковым исследованием, формулирующим эту идею, является статья Лесли Айелло и Питера Уилера, написанная в 1995 году. Они собрали все измерения размеров органов человека и других обезьян из более ранних работ, отметив, что у человека мозг больше, а печень и кишечник меньше, чем у обезьян. Не у всех мозг расходует одинаковое количество энергии. Мозг, кишечник и печень являются самыми энергозатратными органами – каждый грамм их тканей сжигает тонну калорий, потому что клетки в этих органах невероятно активны (мы поговорим об этом подробнее в Главе 3). Айелло и Уилер провели расчеты и обнаружили, что у людей энергия, сэкономленная за счет меньшего размера кишечника и печени, полностью компенсирует затраты нашего крупного мозга. Основываясь на этом важном факте, а также на наблюдении, что скорость основного обмена человека и обезьяны в целом похожи на показатели других млекопитающих, ученые утверждали, что критические метаболические изменения в нашей эволюции произошли пропорционально: увеличивая количество калорий, направляемых в мозг, и уменьшая энергию, необходимую для работы кишечника. В этом случае ежедневный расход остается неизменным. Люди тратят не больше энергии, чем обезьяны, они просто тратят ее по-другому. Эволюционные компромиссы (например схема переключения основного потока энергии из кишечника в мозг, обнаруженная Айелло и Уилером) являются краеугольным камнем современной биологии. Как заметил сам Чарльз Дарвин, опираясь на труды Томаса Роберта Мальтуса, между обитателями природного мира всегда идет борьба за ресурсы: их никогда не хватает. Следовательно, все виды эволюционируют в условиях дефицита. Если в ходе естественного отбора появляются некоторые особенности, скажем, большая голова, полная отвратительных зубов, и мощные задние лапы, другим нужно пожертвовать, например длинными передними конечностями… и вуаля, у нас есть тираннозавр рекс. Или, как выразился Дарвин в «Происхождении видов» (цитируя Гете): «Природа вынуждена экономить в одном направлении, чтобы расходовать в другом». Идея о том, что мозг и кишечник перераспределили энергию между собой, была выдвинута еще в 1890 х годах Артуром Кизсом после исследований приматов в Юго-Восточной Азии. Он даже попытался показать, что в этом кроется причина различия в размерах мозга человека и орангутанга, однако ученый опередил свое время и математически еще не мог доказать эту теорию. Имея лишь рудиментарное представление об изменении размеров органов в зависимости от общих пропорций тела у млекопитающих, он не смог показать предполагаемого обмена энергией между мозгом и кишечником. Однако на протяжении XIX века идея Артура Кизса все время лежала на поверхности. Например, можно вспомнить Катарину Милтон, антрополога с ценным опытом в области питания, – она десятилетиями работала с людьми и другими приматами в Центральной и Южной Америке (и именно она первой применила метод дважды меченой воды во время исследования диких обезьян ревунов еще в 1978 году). Милтон доказала, что у приматов, питающихся листьями, кишечник больше мозга. Это объясняется тем, что им необходимо правильно переваривать волокнистую пищу, которую они едят. У видов, которые питались фруктами в тех же лесах, наоборот, был большой мозг и маленький кишечник. Карел Ван Шайк и Карен Айлер из Цюрихского университета провели большое количество исследований в 2000 х и 2010 х годах, доказывая, что цена большего мозга может даже помочь объяснить эволюционные различия жизненного цикла у приматов. Но как бы ни были важны компромиссы нашего организма, есть основания полагать, что их недостаточно, чтобы объяснить полный набор энергетически важных черт, которые делают человека уникальным. Как мы обсудим в Главе 4, люди растут медленнее и живут дольше, чем любой другой примат, но каким-то образом находят энергию, чтобы размножаться быстрее, чем любой из них. Мы обладаем большим и энергозатратным мозгом, а еще ведем физически активный образ жизни (по крайней мере, те из нас, кто не избалован современными технологиями). Люди также вкладывают больше средств в поддержание своего организма и живут дольше, чем другие обезьяны. Каким-то образом, нарушая естественный порядок течения жизни, который строится на компромиссах, homo sapiens изменился, чтобы получить все эти качества. Мы предполагали, что набор энергетически затратных человеческих адаптаций можно объяснить ускоренным метаболическим двигателем, эволюционировавшим, чтобы сжигать больше калорий каждый день. Мы обнаружили, что у всех четырех представителей рода человекообразных обезьян (шимпанзе и бонобо, гориллы, орангутанги и люди) были разные ежедневные энергетические затраты. Люди показали самый высокий результат – мы расходуем примерно на 20 % больше энергии, чем шимпанзе и бонобо, на 40 % больше, чем гориллы, и на 60 % больше, чем орангутанги, учитывая различия в размерах тела. Скорость основного обмена тоже отличалась, но в тех же пропорциях. Столь же шокирующими были колебания в жировых отложениях. У выбранных нами людей жировой ткани было в два раза больше (23–41 %), чем у других обезьян (9–23 %). Орангутанги были самыми упитанными, а вот шимпанзе и бонобо считались даже тощими. Как мы обсудим в главе 4, вполне вероятно, что увеличение количества жира в теле происходило параллельно с ускорением метаболизма, обеспечивая больший запас топлива для защиты от голода. Эти различия в обмене веществ и жировых отложениях не были вызваны уровнем двигательной активности: для эксперимента мы специально отобрали людей, ведущих сидячий образ жизни, и сравнивали их с обезьянами, живущими в стенах зоопарка. Различия крылись глубже – в основе каждого вида. На протяжении эволюционной истории скорость метаболизма постоянно замедлялась или ускорялась, как конфорка на плите. Такие изменения в обмене веществ были продиктованы окружающей средой: доступностью пищи, хищниками или… чем-то еще? Что касается орангутангов, то мы вполне уверены, что их медленный метаболизм и способность накапливать жир являются эволюционной реакцией на нехватку еды, что помогает им поддерживать ежедневную потребность в энергии на низком уровне и сохранять значительный ее запас в виде жира. А вот метаболические вариации у африканских обезьян – шимпанзе, бонобо и горилл – это все еще не разгаданная тайна. При учете разницы в размерах, люди тратят максимальное количество энергии в сравнении с человекообразными обезьянами. На протяжении человеческого развития наши клетки эволюционировали, чтобы работать усерднее, делать больше и сжигать больше энергии. Кроме того, эти метаболические адаптации также вызвали другие серьезные изменения в работе человеческого организма: как работает наше тело, как мы себя ведем и многое другое (к этим вопросам мы вернемся в последующих главах). Расход энергии увеличивался параллельно изменению рациона питания, а также тому, каким образом мы добывали, готовили еду и делились ею. Более быстрый метаболизм развивал способность накапливать жир. Сегодня наш эволюционировавший обмен веществ задает лимиты во всем: от спорта и исследований до беременности и роста. И, конечно, эти фундаментальные изменения в том, как человек тратит энергию, были решающими в развитии нашего большого мозга и уникального жизненного цикла. Да, компромиссы были важны, но именно эволюционировавший метаболизм сделал нас людьми. Дарвиновский взгляд Наша работа с обезьянами и остальными приматами буквально перевернула устоявшиеся научные представления, доказав, насколько радикально эволюция изменила метаболические стратегии человека и других обезьян. Что бы мы обнаружили, если бы обратили внимание на наш вид и исследовали, как люди разных культур, с совершенно непохожим образом жизни, расходуют энергию? Чему мы могли бы научиться, работая с такими племенами, как хадза, которые живут во многом как наши общие предки, охотники и собиратели? В то время, ночуя в палатках и занимаясь наукой в саванне, мы даже подумать не могли, что наши исследования племени хадза станут таким прорывом, что изменят все представления о взаимосвязи между метаболизмом и образом жизни. В следующих главах мы рассмотрим расход энергии, физические упражнения и рацион питания с эволюционной точки зрения, представив современные болезни и метаболические нарушения в ином свете, чем на обложках журналов о здоровье или книг о правильном образе жизни. Наши метаболические двигатели создавались на протяжении миллионов лет эволюции не для того, чтобы гарантировать нам идеальное тело для пляжа, поддерживать нас в форме или даже обязательно сохранять здоровье. Вместо этого обмен веществ был сформирован дарвиновской установкой выживать и размножаться. Вместо того, чтобы держать нас в форме (как это предсказывает инженерная модель метаболизма), наш более быстрый обмен веществ привел к тому, что мы как вид накапливаем больше жира, чем любая другая обезьяна. Но это не единственное противоречивое и контрпродуктивное свойство, приобретенное в ходе естественного отбора. Как мы обсудим далее, метаболизм также реагирует на изменения в физических упражнениях и диете таким образом, что порой может мешать похудеть. И, кроме того, тяга к еде не имеет границ (как мы увидим это на примере племени хадза). Если аппетит приводит к тому, что мы готовы обворовать прайд грозных львов, то как можно держаться подальше от холодильника? Эволюционная перспектива абсолютно необходима, чтобы избавиться от таких заболеваний, как ожирение. В развитом мире мы построили роскошные «сады», где все продукты доступны по щелчку пальцев и нам не нужно напрягаться, чтобы получить их. Тела, которые эволюционировали, чтобы двигаться весь день, расслабленно и безвольно сидят в удобных креслах и на диванах, смотря на мир через яркие экраны. И все это время растет количество болезней: ожирения, диабета, сердечно сосудистых заболеваний, рака, когнитивных нарушений – и их жертв. Количество болеющих людей увеличивается, и каждая из этих патологий тесно связана с тем, как мы получаем и расходуем энергию. И чтобы спастись от этих недугов, необходимо лучше понять, как работает наш организм и как взаимосвязаны расход энергии, физические упражнения и питание. Чем скорее мы выйдем за рамки упрощенного инженерного взгляда на метаболизм и примем дарвиновскую точку зрения, тем больше у нас будет шансов на здоровую и счастливую жизнь. Итак, давайте рассмотрим механизмы наших метаболических двигателей, чтобы понять, как они работают. Если мы хотим эффективно управлять эволюционировавшим обменом веществ, нам нужно осознать принципы его действия. Развеивая миф о метаболизме Метаболизм – это широкий термин, который описывает всю работу, которую выполняют ваши клетки. Большая ее часть включает контроль за курсированием молекул в клеточные мембраны (стенки клеток) или из них и преобразование одного вида частиц в другой. Ваше тело – это ходячее, плещущееся ведро из тысяч взаимодействующих молекул – ферментов, гормонов, нейромедиаторов, ДНК и многих других, – и едва ли все это попадает в организм в пригодном виде из пищи. Вместо этого клетки постоянно приносят питательные вещества и другие полезные молекулы, циркулирующие в кровотоке, через свои стенки для использования в качестве топлива или строительных блоков, превращая их во что-то другое, а затем выталкивая материал, который они построили из своих стенок, чтобы использовать его в другом месте организма. Клетки яичников втягивают внутрь молекулы холестерина, вырабатывают из них, а затем выталкивают в кровоток эстроген – гормон, который оказывает влияние на весь организм. Нервы и нейроны постоянно перекачивают ионы (положительно или отрицательно заряженные молекулы) внутрь и наружу, чтобы поддерживать отрицательный внутренний потенциал. Клетки поджелудочной железы, направляемые ДНК, собирают инсулин и множество пищеварительных ферментов из аминокислот. Список можно продолжать и продолжать. Объем метаболической работы, происходящей прямо сейчас в вашем теле, ошеломляет. И все это требует энергии. На самом деле, работа и есть энергия. Мы измеряем работу и энергию с помощью одних и тех же единиц и можем говорить о них взаимозаменяемо. Бросьте бейсбольный мяч, и его «кинетическая энергия», когда он покидает вашу руку, по определению точно равна количеству работы, которую вы совершили, чтобы ускорить его. Тепловая – это еще одна распространенная форма энергии. Разогрейте чашку молока в микроволновке для вашего ребенка, и повышение температуры покажет вам, сколько электромагнитной энергии забрала жидкость. Энергия, выделяемая при сжигании бензина, равна сумме работы, проделанной для перемещения автомобиля по дороге, и тепла, выделяемого двигателем. Потребляемая энергия всегда равна сумме проделанной работы и полученного тепла, независимо от того, идет ли речь о вашем теле, автомобиле или смартфоне. Мы все живем по одним законам физики. Энергия также может храниться в вещах, которые потенциально могут выполнять работу или создавать тепло, например в бензине в топливном баке. Натянутая резинка или пружина мышеловки, готовая сработать, обладает потенциальной энергией упругой деформации. Шар для боулинга, который положили на высокую стойку и который может упасть с нее, обладает потенциальной энергией. Связи, которые удерживают молекулы вместе, могут накапливать химическую энергию, которая высвобождается, когда они распадаются. Когда молекулы в 0,9 кг нитроглицерина (химическая формула: 4C3H5N3O9) расщепляются на азот (N2), воду (H2O), метан (CO) и кислород (O2) во время детонации, они резко высвобождают достаточно энергии (730 килокалорий), чтобы поднять и запустить 75 килограммового человека прямо в небо на 4 км (что считалось бы «работой») или испарить его (что мы также могли бы назвать «теплом»). Это подводит нас к последнему пункту, касающемуся энергии: она может быть преобразована в различные формы – кинетическую, тепловую, химическую, работу, – но никогда не может быть потеряна. Калории и джоули – это две стандартные единицы измерения энергии, будь то химическая энергия, запасенная в пище, тепло от огня или работа, выполняемая машиной. Термин «калории» считается наиболее употребляемым в Соединенных Штатах, когда речь идет о еде, однако нам удалось изменить его привычное использование. Одна калория – это именно то количество энергии, которое необходимо для повышения температуры одного миллилитра воды (одной пятой чайной ложки) на один градус Цельсия. На самом деле ее слишком мало, чтобы она была полезной единицей измерения, когда мы говорим о пище (представьте, что дорожные знаки будут показывать расстояние в сантиметрах). Вместо этого, рассуждая о пище, мы на самом деле говорим о килокалориях, или 1000 калорий. Чашка сухих хлопьев для завтрака Cheerios содержит 100 калорий в соответствии с информацией о питательных веществах на коробке, но на самом деле это 100 килокалорий, или 100 000 калорий. Так почему бы нам просто не называть это килокалориями, или ккал, вместо того чтобы злоупотреблять термином «калории»? Как ни странно, в конце XIX века, когда ученые решили использовать калории в качестве предпочтительной единицы измерения пищевой энергии, влиятельный и прогрессивный американский диетолог Уилбур Этуотер решил придерживаться ранних загадочных условностей и просто писать с заглавной буквы слово «калории», когда речь заходит о килокалориях. Это примерно так же разумно, как писать «Сантиметры» для обозначения метров. И мы с тем пор используем запутанную систему калорий (или Калорий) на упаковках продуктов питания. Конечно, это всего лишь еще одна запись в долгой неловкой истории измерений в Соединенных Штатах. У страны, которая настаивает на использовании чайных ложек, дюймов и Фаренгейта, очевидно, есть глубокие психологические проблемы при обсуждении единиц измерения. (Кстати, если вы путешествуете по цивилизованному миру и хотите перевести джоули на этикетках продуктов питания в калории, разделите их на четыре.) Поскольку работа и энергия – это две стороны одной медали, мы можем смело рассматривать всю работу, которую выполняют наши клетки, и всю энергию, которую они потребляют, как два способа измерения одного и того же. Можно использовать понятия «метаболизм» и «расход энергии» как взаимозаменяемые. Вот почему биологи эволюционисты, такие как я, а также врачи и сотрудники общественного здравоохранения, так зациклены на расходовании энергии, в которой мы измеряем скорость обмена веществ, ведь это самый главный показатель активности организма. Скорость, с которой клетка выполняет работу, определяет скорость ее метаболизма, расход энергии в минуту. Сложите работу всех клеток в вашем теле, и вы получите общую скорость обмена веществ, энергию, которую вы тратите каждую минуту. Ваш метаболизм – это работа всего клеточного оркестра на пределе возможностей, когда звуки 37 триллионов микроскопических музыкантов сливаются в прекрасную симфонию. Сложная метаболическая система, которая поддерживает нас и которую мы все считаем само собой разумеющейся, является чудом естественного отбора. Потребовался почти миллиард лет – неисчислимые триллионы поколений, квадриллионы фальстартов и тупиковых ветвей эволюции, – чтобы на этой планете развилась основная структура сегодняшних простейших одноклеточных метаболических систем, вечность проб и (в основном) ошибок. Нужно было еще два миллиарда лет, чтобы простейшие многоклеточные организмы с их интегрированными метаболическими системами и разделением труда эволюционировали. На этом пути жизни пришлось столкнуться с некоторыми серьезными проблемами в области фундаментальной химии: жир смешался с водой, а кислород, химическое вещество, которое сжигает и убивает, дает нам жизнь. Жиры и сахара, содержащие больше энергии на грамм, чем нитроглицерин, должны тщательно сжигаться для получения топлива, не взрывая организмы или не кипятя их заживо. Общая скорость обмена веществ – это сумма энергии, которую тратят все клетки вашего тела каждую минуту. И это даже не самая странная часть. Вся работа, которую выполняют наши тела, происходит за счет того, что клетки подпитываются микроскопическими чужеродными формами жизни, называемыми «митохондриями», которые живут в них. Митохондрии имеют свою собственную ДНК и двухмиллиардную эволюционную историю (а они ведь спасли все на Земле от неминуемой гибели). И большая часть работы по перевариванию пищи в пригодные для употребления кусочки выполняется обширной экосистемой, которая живет в вашем кишечнике. Микробиота включает в себя триллионы бактерий, которые заселяют весь ваш пищеварительный тракт, длинный и извилистый проход, соединяющий рот с анусом. Все мы ходячие химеры: наполовину люди и наполовину неизвестные существа, совершающие обычное чудо превращения мертвой пищи в живых людей каждый день, не задумываясь ни на минуту. Это история, которую вы, вероятно, уже читали раньше. Скорее всего, на страницах учебника, да еще и приукрашенную в несколько раз. Но стоит послушать ее еще один раз. Во всяком случае, это важнейшая основа, которая чрезвычайно необходима для понимания того, как питание влияет на здоровье и как тело сжигает энергию – как на самом деле устроена жизнь. «Зеленый сойлент» – это о людях (или могло бы быть) Начиная со времен древних греков и вплоть до XVII века люди – в том числе и очень умные, такие как Аристотель, – думали, что мухи, мыши и другие организмы могут самопроизвольно появляться из неодушевленных предметов, например грязи и гнилого мяса. Тогда это предположение имело смысл: в один день в углу сарая куча старого тряпья и сено, а на следующий – там уже мыши. Личинки, казалось, появлялись из гниющих туш, и никто и ничто не помещало их туда целенаправленно. Без правильного понимания микроскопического мира или строгих экспериментов эту идею было трудно опровергнуть. И эта теория была популярна вплоть до испытания Луи Пастера в 1859 году, когда он, вскипятив бульон, доказал, что в нем ничего не сможет расти, если не давать пыли и насекомым попадать туда извне (с тем самых пор мы предпочитаем пастеризовать еду). Сегодня идея «спонтанного зарождения» преподается школьникам как классический пример того, какими невежественными были люди и как далеко продвинулась наука. Конечно, абсурдно предполагать, что мухи могут самопроизвольно появляться из мертвых останков. Но, как мы поняли за последнее столетие научных исследований метаболизма, правда выглядит еще более странной. Животные, растения и все другие живые существа на самом деле являются «машинами спонтанного зарождения», буквально «собирая» свои организмы и тела своих потомков из пищи, воды и воздуха. В конце концов, что такое муха, как не маленькая машина, которая строит детенышей из гнилого мяса? В уже ставшим классикой фильме «Зеленый сойлент», научнофантастической антиутопии 1973 года, действие которого происходит в мрачном будущем Нью-Йорка, персонаж Чарлтона Хестона с ужасом обнаруживает, что зеленая каша, которую все едят, на самом деле сделана из людей. Когда в последней, самой драматичной сцене его насильно уносят, он кричит всем, кто его слышит: «Зеленый сойлент – это люди!». Перенесемся в 2018 год, и в качестве примера, когда из искусства извлекают выгоду, вы можете купить пищевые смеси марки Soylent, замысловатые тюбики питательных веществ, которыми можно заменить нормальную пищу, когда вы хотите поесть на бегу или когда вам не с кем пойти на ланч. Я понятия не имею, какого вкуса этот продукт, но это отличный пример разнообразия. Теперь я почти уверен, что зеленый сойлент, который вы покупаете в интернете в наши дни, не из людей. Но вот в чем загвоздка: может быть, он и из них. Все, что вам нужно сделать, – это съесть его. Каждая молекула в вашем теле, каждый килограмм костей и мышц, каждый грамм мозга и почек, каждый ноготь и ресница, все шесть литров крови, которые текут по сосудам, – все это появилось из той пищи, которую вы съели. Энергия, которая заставляет вас двигаться и поддерживает жизнь, также поступает из еды. Вы – это то, что вы едите, это не просто избитое клише, это сущность жизни. Каждый содрогается, думая о большом количестве американцев, которые буквально ходячие говорящие биг маки. Мои дети выросли на куриных наггетсах, пасте, йогуртах и морковке. Сам я питаюсь в основном крендельками и пивом. Как все это работает? Следуй за пиццей Начнем с обеда. Вы садитесь за стол и едите маслянистый кусок пиццы пепперони (веганы в этом мысленном эксперименте могут заменить мясо и сыр на растительные продукты). Вы откусываете кусочек и начинаете жевать; пленительное сочетание хлеба, соуса, мяса и сыра танцует на вкусовых рецепторах, зубы разрывают корочку, запах поднимается по задней части неба и заполняет нос. Это неописуемо. Алхимические процессы начались. Жевание и смешивание пищи со слюной – это первый шаг к перевариванию еды и ее основных составляющих, макроэлементов. Существует три категории макроэлементов: жиры, белки и углеводы. Углеводы – это крахмал, сахар и клетчатка. Они поступают в основном из растительной пищи – корочки и томатного соуса в пицце, которую вы едите. Жиры (в том числе масла) бывают как растительного, так и животного происхождения: к последним относятся сыр и пепперони на кусочке пиццы. Белки поступают в основном из мяса и листьев, стеблей, семян растений (включая бобы, орехи и злаки). Пепперони и сыр полны белков, как и листья базилика сверху. В корке есть белок, в том числе много демонизированной клейковины (глютена), из-за которой тесто приходится долго пережевывать. В кусочке пепперони, который вы едите, есть вода, а также небольшое количество других веществ, таких как минералы и витамины, необходимые вашему организму. Но макроэлементы – жиры, белки и углеводы – являются главной составляющей еды. Именно они поддерживают метаболизм и являются сырьем для обмена веществ. Блок схема на Рис. 2.1 показывает, куда поступают жиры, белки и углеводы из пищи и что они делают. Представьте, что это своеобразная карта метро, только для макронутриентов. Первый раз прочитать и понять ее будет трудно, но все станет проще, когда вы проследите каждую линию от начала до конца. Все макроэлементы имеют свою собственную линию, и на каждой из них есть три остановки: переваривание, строительство и сжигание. Как и в любой хорошей транспортной системе, есть боковые ветви, которые могут доставить вас с одной линии на другую. И мы начинаем! Углеводы Если вы соблюдаете типичную американскую диету, то углеводы составляют около половины калорий, которые вы потребляете каждый день. На самом деле, несмотря на недавно ставшие популярными низкоуглеводные диеты, люди во всех культурах и по всему миру, включая охотников и собирателей, таких как хадза, обычно получают больше калорий из этих веществ, чем из жиров или белков (см. Главу 6). В конце концов, мы приматы, а они едят растения – особенно мы любим спелые сладкие плоды. Углеводы являются нашим основным источником топлива, и мы уже 65 млн лет полагаемся на них. Рисунок 2.1. «Карта метро» макронутриентов. У каждого макроэлемента (жиров, белков и углеводов) свой путь в организме, и на нем три основные остановки: переваривание, строительство и сжигание. Стрелки с одним наконечником указывают на односторонние пути. Дорожки с двуглавыми стрелками идут в обоих направлениях. Некоторые пути опущены для ясности. При переваривании клетчатки микробиотой производятся жирные кислоты, которые присоединяются к «Жировому пути». Сахара используются для построения некоторых структур в организме, таких как ДНК. Многие пути, по которым аминокислоты могут быть преобразованы в глюкозу или кетоны, не показаны. Галактоза, наименее распространенный продукт переваривания углеводов, также отсутствует. е : электроны. Н+: ионы водорода. Углеводы бывают трех основных видов: сахара, крахмал и клетчатка. Сахара и крахмал усваиваются и используются либо для накопления запасов гликогена, либо сжигаются для получения энергии (см. Рис. 2.1). Они также могут быть преобразованы в жир, как мы увидим ниже. Клетчатка – это другой зверь, выполняющий важную задачу в кишечнике, регулирующем переваривание и поглощение сахаров и крахмалов, а также питающий триллионы бактерий и других микроорганизмов кишечной микробиоты. На самом деле, она играет существенную роль в переваривании клетчатки, и без нее у нас были бы большие проблемы. Но сначала давайте узнаем побольше о сахарах и крахмале. Сахара – это всего лишь маленькие углеводы – небольшие цепочки атомов углерода, водорода и кислорода. Самые крошечные из них размером всего лишь с одну большую молекулу сахара (отсюда и приставка «моно» в их техническом названии, «моносахариды»; «сахарид» просто означает «сахар»). Моносахариды – это глюкоза, фруктоза и галактоза. Другие сахара – сахароза, лактоза и мальтоза – состоят из двух моносахаридов, соединенных вместе, и называются «дисахаридами» («два сахара»). Сахароза (столовый сахар) – это глюкоза и фруктоза, связанные вместе. Лактоза (молочный сахар) – это глюкоза и галактоза. Мальтоза – это две глюкозы. Крахмалы – это просто связанные в одной цепочке молекулы сахара. Поскольку вместе связаны очень много молекул сахара, крахмалы также называют «полисахаридами» («поли» означает много), или «сложными углеводами». Безусловно, самой распространенной молекулой сахара в натуральном крахмале является глюкоза, а растительные молекулы крахмала могут быть длиной в сотни молекул. Крахмал – это способ растений накапливать энергию, вот почему его очень много в картофеле и ямсе. Почти весь растительный крахмал (крахмал в еде) состоит всего из двух полисахаридов, называемых «амилоза» и «амилопектин». Независимо от того, из какой пищи они поступают, крахмалы и сахара в процессе пищеварения превращаются в один из трех моносахаридов. Переваривание крахмала начинается во рту, с фермента в слюне, называемого амилазой, который начинает расщеплять длинные молекулы амилозы и амилопектина на более мелкие. Ферменты – это белки, которые расщепляют молекулы или вызывают химические реакции (их названия обычно заканчиваются на «аза»). Пищеварительные ферменты, такие как амилаза, дробят молекулы пищи на все более мелкие кусочки. Крахмалы настолько важны в развитии человека, что мы эволюционировали, чтобы производить больше амилазы, чем любая из обезьян (это мы обсудим в Главе 6). После проглатывания жидкий болюс пищи попадает в желудок, где кислота убивает бактерии и другие патогены в пище. После этого еда выталкивается из желудка в тонкий кишечник, где происходит большая часть пищеварительной работы. В тонком кишечнике крахмал и сахара подвергаются воздействию ферментов, вырабатываемых кишечником и поджелудочной железой, чтобы расщепить их. Поджелудочная железа, орган длиной около 12 см и формой напоминающий тонкий перец чили, располагается прямо под желудком и соединяется с тонкой кишкой коротким протоком. Он известен тем, что производит инсулин, однако поджелудочная железа тоже выделяет большинство из нескольких десятков ферментов, используемых в пищеварении (наряду с бикарбонатом, который нейтрализует желудочную кислоту, когда она попадает в кишечник). Цепочка этих ферментов (их специфическая форма и состав) и уровни производства (нужно ли выделять много или мало определенного вещества) контролируются генами. Например, если у вас непереносимость лактозы и вы не можете переваривать молоко, это означает, что ваши гены остановили сборку и производство фермента лактазы, который необходим для расщепления дисахарида лактозы на глюкозу и галактозу. Никакой другой фермент не может выполнить эту работу, поэтому нерасщеплённая лактоза направляется в толстую кишку вместе с бактериями, которые производят много газа и вызывают другие «прекрасные» побочные эффекты при непереносимости молока. Переваривание крахмала и сахара продолжается до тех пор, пока все полисахариды и дисахариды не распадутся на моносахариды. Поскольку большая часть углеводов в вашем рационе приходится на крахмал, а он полностью состоит из глюкозы, около 80 % крахмала и сахаров, которые вы потребляете, в итоге превращаются в глюкозу. Остальное расщепляется до фруктозы (около 15 %) или галактозы (около 5 %). Конечно, если вы придерживаетесь диеты из большого количества обработанных продуктов с высоким содержанием сахара (например сахарозы, состоящей их глюкозы и фруктозы) или кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы (в котором 50 % фруктозы и 50 % глюкозы, смешанной с водой), для вас процент фруктозы может быть немного выше, а содержание глюкозы несколько ниже. Эти сахара всасываются через кишечную стенку и попадают в кровоток. Стенки кишечника сплошь оплетены кровеносными сосудами, и приток крови к этому органу удваивается после еды, чтобы усвоить все питательные вещества. Результатом является привычное повышение уровня сахара в крови (почти вся глюкоза) после еды, особенно с высоким содержанием углеводов. Если пища, которую вы едите, обработана, содержит мало клетчатки и легко усваивается, углеводы быстро перевариваются и сахар устремляется в кровоток, провоцируя повышение уровня глюкозы в крови. Эти продукты, как говорят, имеют высокий гликемический индекс, который представляет собой повышение уровня глюкозы в крови, измеренное через два часа после приема пищи, относительно повышения, которое было бы у вас после употребления глюкозы. Продукты, которые труднее перевариваются (сложные углеводы с низким содержанием сахара и большим количеством клетчатки), усваиваются дольше, что приводит к медленному и невысокому повышению уровня сахара в крови – они имеют низкий гликемический индекс. Мы обсудим диеты в Главе 6, но уже сейчас можно сказать, что продукты с низким гликемическим индексом намного полезнее. Микробиота – это комплекс бактерий в организме человека, весом более двух килограммов. Невоспетые герои всей пищеварительной системы – это пищевые волокна и микробиота. Клетчатка – это класс углеводов (у нее есть много разновидностей), которые организм не может переварить самостоятельно. Именно эти жесткие тягучие молекулы придают растениям их прочность и структуру. Клетчатка, получаемая из пищи, покрывает стенки кишечника, подобно влажному вязаному одеялу, образуя решетчатый фильтр, который замедляет всасывание в кровоток сахаров и других питательных веществ. Вот почему гликемический индекс – приток сахара в кровь – примерно на 25 % выше для апельсинового сока, в котором не так много клетчатки, по сравнению с кусочком апельсина, в котором она есть. Клетчатка также питает микробиоту, оживленную экосистему организмов, которые живут в кишечнике и помогают переваривать пищу. Большая часть бактерий обитает в толстом кишечнике, где они переваривают клетчатку и другие вещества, которые организм не способен расщепить самостоятельно в тонком кишечнике. Мы только начинаем осознавать важность микробиоты, но ее масштабы ошеломляют. С триллионами бактерий, у каждой из которых тысячи генов, микробиота подобна двухкилограммовому суперорганизму, живущему внутри вас. Эти микробы переваривают большую часть клетчатки, которую мы едим, используя ферменты, которые наши клетки не могут синтезировать, и производят короткоцепочечные жирные кислоты, которые они поглощают и используют для получения энергии. Микробиота также переваривает другие вещества, которые выходят из тонкого кишечника, укрепляет иммунную систему, помогает вырабатывать витамины и другие необходимые питательные вещества, а также поддерживает работу пищеварительного тракта. С каждым днем науке становится известно все больше о последствиях дисбаланса микробиоты, от ожирения до аутоиммунных заболеваний – результаты очень разнообразны. Но мы уже знаем точно, что если кишечные бактерии находятся в плачевном состоянии, то и вы несчастливы. Основная причина, по которой мы едим углеводы и жаждем их, т. е. цель их существования (по крайней мере, так думают наши клетки), заключается в том, чтобы питать наши тела. Углеводы – это чистая энергия. Как только сахар попадает в кровоток, остается два пути – сжечь его сейчас или сохранить на будущее (Рис. 2.1). Именно здесь вступает в действие гормон инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой. Большинство клеток нуждаются в нем, чтобы молекулы глюкозы попадали внутрь них через их мембраны. Сжигание углеводов для получения энергии – это двухэтапный процесс, который мы подробно обсудим ниже. Сахар в крови, который не пускается в дело немедленно, «упаковывается» в запасы гликогена в мышцах и печени (Рис. 2.1). Гликоген – это сложный углевод, подобный растительному крахмалу. Его легко использовать, когда требуется энергия, но он относительно тяжелый, потому что содержит равное количество углерода и воды (отсюда и термин «углевод»). Это как консервированный суп: быстро готовится, но тяжелый и громоздкий, потому что хранится с водой. У эволюционировавших людей, как и других животных, выработались жесткие ограничения на количество гликогена, которое может удерживать наш организм. Как только этот лимит исчерпан, сахар в крови должен деться куда-то еще. И единственный путь – это преобразоваться жир. Когда потребности организма в энергии удовлетворены и запасы гликогена полны, избыток сахара в крови превращается в жир, о чем мы поговорим ниже. Жировые запасы немного труднее использовать в качестве топлива: нужно больше промежуточных шагов, чтобы преобразовать их в сжигаемую форму. Но это гораздо более эффективный способ хранения энергии, чем гликоген, потому что он очень плотный и не содержит воды. И, как мы уже знаем, практически нет предела тому, сколько жира способно хранить человеческое тело. Жиры У жиров довольно простой маршрут: они перевариваются до жирных кислот и глицерина, а затем встраиваются в тот жир, который уже есть в вашем теле и который в итоге вы потом сожжете. Проблема заключается в том, что они трудно перевариваются. Все дело в элементарной химии: масло и вода не смешиваются. Жиры (включая масла) являются гидрофобными молекулами, что означает, что они не растворяются в воде. Но, как и вся жизнь на Земле, системы нашего тела основаны на воде. Разбить большие куски жира на микроскопические кусочки просто водой невозможно – это все равно, что пытаться отмыть жирную кастрюлю без мыла. Какое же решение придумала эволюция? Желчь. Долгое время считалось, что желчь влияет на настроение и темперамент, ведь именно она была одним из «четырех жизненных соков». Это один из примеров, когда умные люди верили в абсурдные вещи. Главные умы человечества, начиная с Гиппократа и заканчивая врачами и физиологами XVIII века, считали, что наличие слишком большого объема желтой желчи в организме делает людей агрессивными. Врачи пускали кровь людям, используя пиявок, если им казалось, что у человека нарушен гуморальный баланс. Это, кстати, одна из причин, почему медики, вероятно, убили больше людей, чем спасли до появления современной медицины около столетия назад. Сегодня мы знаем, что желчь – это вещество, которое помогает жиру перевариваться. Желчь – это зеленый сок, вырабатываемый печенью и хранящийся в желчном пузыре. Последний представляет собой мешочек размером с большой палец, расположенный между печенью и тонким кишечником, соединенный с обоими короткими протоками. Когда жиры попадают в тонкий кишечник из желудка, желчный пузырь впрыскивает немного желчи в пищу. Желчные кислоты (также называемые желчными солями) действуют как моющие средства, разбивая шарики жира и масла на крошечные капельки эмульсии. После того как жир эмульгирован, к смеси добавляется фермент под названием липаза, вырабатываемый поджелудочной железой, который разбивает их на еще меньшие капли, микроскопические мицеллы, чей размер не превышает одной сотой диаметра человеческого волоса. Они формируются, распадаются и снова собираются, как пузырьки в газированном напитке. Каждый раз, распадаясь, они высвобождают отдельные жирные кислоты и глицериды (жирные кислоты, прикрепленные к молекуле глицерина), которые удерживали, – основные строительные блоки жиров и масел. Жирные кислоты и глицериды всасываются в стенку кишечника и преобразуются в триглицериды (три жирные кислоты, прикрепленные к молекуле глицерина), стандартную форму жиров в организме. Здесь организм сталкивается со следующей проблемой переваривания жиров: плохо смешиваясь с водой, они имеют тенденцию собираться вместе в растворах на водной основе, таких как кровь. Густая кровь убьет вас, закупорив мелкие сосуды в мозге, легких и других органах. Эволюция нашла решение этой проблемы: триглицериды собираются в сферические формы, которые называются хиломикронами. Это удерживает жиры от слипания, но приводит к тому, что сферическое образование слишком велико, чтобы быть пройти через стенки капилляров и попасть в кровоток, откуда оно должно распределяться по всему телу. Вместо этого молекулы жира, упакованные в хиломикроны, попадают в лимфатические сосуды. Эти сосуды, выполняя как надзорную роль, так и роль сборщика «мусора» в организме, образуются в сеть по всему телу, собирая мусор, бактерии и другие «обломки» и доставляя их в лимфатические узлы, селезенку и органы иммунной системы. Они хорошо подходят для сбора крупных частиц мусора, таких как хиломикроны, наполненные жиром. Лимфатические сосуды также собирают всю плазму, которая вытекает из кровеносных сосудов (около 2,8 л в день) и возвращают ее в кровеносную систему – так они играют роль своеобразного пропускного пункта в кровоток. Специализированные лимфатические сосуды (они называются хилусными, или млечными) в стенке кишечника втягивают хиломикроны в лимфатическую систему, а затем сбрасывают их непосредственно в кровеносную, прямо туда, где находится сердце. Белые наполненные жиром хиломикроны настолько раздуваются после жирной пищи, что могут придать крови кремовый оттенок. В конце концов, однако, они разрываются на части, и их содержимое втягивается в ожидающие клетки для хранения или использования. Фермент липопротеинлипаза в стенках кровеносных сосудов сначала расщепляет триглицериды на жирные кислоты и глицерин, которые втягиваются в ожидающие клетки, метко названные молекулами переносчиками жирных кислот, прежде чем снова собираются в триглицериды. Большая часть жира хранится в жировых клетках (адипоцитах) и мышцах, образуя резервный топливный бак. Накопленные триглицериды – это жир, который мы ощущаем на животе и бедрах или видим на куске мраморной говядины. Проблемы возникают, когда организм начинает накапливать значительное количество жира в печени и других органах, что может привести к печеночной недостаточности и целому ряду проблем со здоровьем. Причины жирового гепатоза (ожирения печени) не всегда ясны, но избыточный вес является основным фактором риска. Небольшая часть жиров, которые мы едим, используется для строительства таких структур, как клеточные мембраны, миелиновые оболочки, которые покрывают нервы и части мозга. Некоторые из жирных кислот, необходимых для построения этих тканей, не могут быть получены путем перестройки других и поэтому считаются незаменимыми – их нужно получать из пищи. Вот почему производители продуктов питания часто говорят о содержании омега 3 жирных кислот (незаменимых жирных кислот) в рыбе, молоке или яйцах. Как и в случае углеводов, конечное назначение жира – причина, по которой вы жаждете его и по которой ваше тело прилагает усилия, чтобы переварить и сохранить его, – это сжигание в качестве топлива для работы организма. Все животные эволюционировали, чтобы хранить энергию в виде жира, потому что он содержит невероятное количество энергии: 9,1 килокалорий на грамм. Это, наравне с реактивным топливом, более чем в 5 раз превышает плотность энергии нитроглицерина и почти в 100 раз лучше, чем обычная щелочная батарейка. К счастью, процесс расщепления жиров для получения энергии происходит медленнее, чем взрыв динамита. Некоторые вещества этого типа сжигаются сразу после переваривания. Но большую часть времени между приемами пищи ваше тело использует накопленные жиры в качестве топлива. Триглицериды, из которых состоит накопленный жир, расщепляются на жирные кислоты и глицерин и используются для производства энергии (Рис. 2.1), что мы рассмотрим ниже более подробно. Белки Белки проходят интересный маршрут. В отличие от жиров и углеводов, они не являются главным источником энергии (если только вы не хищник). Основная роль этих веществ заключается в том, чтобы строить и восстанавливать мышцы и другие ткани, поскольку они разрушаются каждый день. Тело действительно сжигает белки для получения энергии, но это небольшая часть ежедневного энергетического бюджета. Переваривание белков стартует в желудке с фермента, называемого пепсин, который начинает расщеплять их. Клетки в стенке желудка вырабатывают предшественник этого фермента, называемый пепсиногеном, который преобразуется желудочной кислотой в пепсин и затем, как Эдвард Руки ножницы, измельчает все белки, с которыми вступает в контакт. Этот процесс продолжается в тонком кишечнике, когда пища покидает желудок, а ферменты выделяются поджелудочной железой. Все белки усваиваются вплоть до их основных строительных блоков – аминокислот (Рис. 2.1). Аминокислоты – это класс молекул, имеющих форму воздушного змея: их головка как будто приклеена к хвостику. Голова у всех одинаковая – азотсодержащая аминогруппа, соединенная с карбоновой кислотой. Аминокислоты отличаются хвостами, которые всегда представляют собой конфигурацию атомов углерода, водорода и кислорода. На Земле существуют сотни веществ этого класса, но только двадцать одно используется для создания белков в растениях и животных. Девять из них считаются незаменимыми для человека, то есть наши тела не могут производить их самостоятельно – нужно получать их из пищи. Другие аминокислоты тело может производить, если это необходимо, обычно путем расщепления и перестройки других веществ этого типа. Следующая остановка на пути аминокислот – это построение тканей и других веществ, составляющих человеческий организм (см. Рис. 2.1). Как только белки из куска пиццы перевариваются в аминокислоты, они всасываются через стенки тонкого кишечника и попадают в кровоток. Из крови они проникают в клетки, чтобы построить белки, которые представляют собой цепочки аминокислот, связанных вместе. Построение белков из этих веществ – одна из основных задач ДНК. Ген – это участок ДНК, который выстраивает определенную последовательность аминокислот, чтобы сделать белок (некоторые гены являются регуляторными, то есть не собирают сами белки, а активируют или подавляют гены, собирающие их). Варианты в последовательности ДНК (последовательность нуклеотидов As, Ts, Cs и Gs) могут приводить к различным аминокислотным составам и, таким образом, к незначительно отличающимся белкам, из-за чего появляются биологические различия между людьми. Аминокислоты также используются для производства других молекул, таких как адреналин (гормон, отвечающий за реакцию «бей или беги») и серотонин, один из нейромедиаторов, используемых клетками мозга для общения. Эти же ткани и молекулы со временем разрушаются. В итоге они превращаются обратно в аминокислоты и перемещаются по кровотоку в печень. Там все становится немного сложнее. Аминогруппа в аминокислоте имеет очень схожую структуру (NH2) с аммиаком (NH3) (обратите также внимание на сходство в названиях). Точно так же, как употребление домашнего чистящего средства на основе аммиака наверняка убьет вас, накопление этого соединения от расщепления аминокислот будет смертельным. К счастью, у нас развился механизм его превращения в мочевину, которая затем проходит через кровоток в почки и выводится с мочой. Именно это вещество придает моче тот пикантный запах, от которого слезятся глаза, что очень логично, ведь в ней содержится аммиак. Каждый день мы выводим с мочой около 50 граммов белка. При физических упражнениях расход увеличивается (а вместе с ним ускоряется и мышечный распад). Нужно потреблять достаточное количество этого макронутриента, чтобы восполнить то количество, которые мы теряем каждый день, чтобы не возникло его дефицита. Если мы едим больше белка, чем нужно, лишние аминокислоты превращаются в мочевину и выводятся с мочой. А если переусердствовать с протеиновыми добавками, то ваша моча просто будет очень дорогой. Последняя остановка на линии белкового поезда – сжигание аминокислот для получения энергии (см. Рис. 2.1). После того как азотсодержащая головка отрубается, превращается в мочевину и отправляется в путь, хвосты используются для производства глюкозы (процесс, называемый глюконеогенез, что буквально означает создание нового сахара) или кетонов, которые могут быть использованы для получения энергии, как мы увидим ниже. Белки, как правило, составляют незначительную часть ежедневного энергетического бюджета, обеспечивая около 15 % калорий каждый день. Но они являются жизненно важным аварийным источником топлива, если мы голодаем (это, как если бы мы сожгли мебель, чтобы протопить дом). Скелетообразные фигуры жертв концлагерей являются ужасающим примером этого процесса, доведенного до крайности: их тела поглощают себя в отчаянной попытке остаться в живых. Сжигай, детка, сжигай Все дороги на нашей карте метаболических поездов ведут в конечном счете к одной цели – созданию энергии (топлива для организма). Углеводы, жиры и белки содержат запасенную химическую энергию в связях, которые удерживают их молекулы вместе. Их разрыв высвобождает энергию, которую мы используем для того, чтобы наши тела правильно функционировали. Во всех биологических системах, включая человеческий организм, энергия имеет одну фундаментальную, общую форму – аденозинтрифосфат (АТФ). Молекулы АТФ подобны микроскопическим батарейкам, которые «заряжаются» путем добавления фосфата к аденозиндифосфату (АДФ). Обратите внимание на приставки «три» и «ди», что означает три фосфата у АТФ и два – у АДФ. Один грамм АТФ содержит 15 калорий энергии (это калории, а не килокалории), а человеческое тело содержит только около 50 граммов АТФ в любой момент времени. Это означает, что каждая молекула проходит путь от АДФ к АТФ и обратно более 3000 раз в день для того, чтобы мы получали достаточно энергии. Таким образом, сжигание белков, жиров и углеводов – это процесс передачи химической энергии в молекулах сахара, жира и аминокислот к химической связи, которая удерживает третий фосфат в молекулах АТФ. Когда мы используем пищу для производства энергии, то получаем аденозинтрифосфат. Давайте начнем с одной молекулы глюкозы, преобладающей формы сахара, которую тело использует для получения энергии (c галактозой и фруктозой все происходит точно так же). Одна молекула глюкозы может поступать непосредственно из углеводов, которые мы только что съели, или из запасенного гликогена, который был преобразован в это соединение. Как мы начали обсуждать в конце раздела, посвященного углеводам, сжигание сахаров для получения энергии происходит в два этапа. Во-первых, глюкоза (C3H4O3) превращается в молекулу пирувата (C6H12O6) – это уже процесс из 10 этапов, который подпитывается от двух молекул АТФ, но производит четыре, что приводит к чистому двойному выигрышу. Это относительно быстрый процесс, и именно он помогает при коротких всплесках энергии, когда, например, нужно пробежать 100-метровый спринт, или во время силовой тренировки в спортивном зале. Первая стадия метаболизма называется анаэробной, потому что она не требует кислорода. Вы можете наблюдать ее, когда смотрите Олимпийские игры по телевизору: элитные спринтеры, кажется, вообще не дышат, а пауэрлифтеры задерживают дыхание. Если кислорода недостаточно либо потому, что мы не дышим эффективно, либо (что более вероятно) потому, что мышцы работают слишком интенсивно, чересчур быстро для того, чтобы снабжение O2 покрывало количество производимого пирувата, последний превращается в лактат. Лактат может быть преобразован в пируват для использования для выработки энергии, но если его накапливается слишком много, то он может превратиться в молочную кислоту, которая заставляет мышцы гореть, когда мы усердно работаем на пределах своих возможностей. На второй стадии (аэробной) нам нужен кислород. Если в клетке достаточно вещества, то пируват, образующийся в конце первой стадии, попадает внутрь органеллы, которую мы называем митохондрией. В обычной клетке есть десятки митохондрий, и они известны как энергетические станции клетки, потому что основная часть производства АТФ происходит внутри них. Именно здесь начинается волшебство, которое поддерживает в нас жизнь. В митохондриях пируват превращается в ацетил коэнзим А, или ацетил КоА (см. Рис. 2.1), который соперничал бы с АТФ за звание самого важного химического вещества, о котором вы, вероятно, никогда не слышали или полностью забыли. Ацетил КоА подобен вагону поезда, набитому пассажирами, – атомами углерода, водорода и кислорода – без двигателя. Параллельно этому составу едет еще один – оксалоацетат, который присоединяется к ацетил КоА и начинает тянуть его по круговому пути, который мы называем циклом Кребса. Поезд делает восемь остановок, и на каждой из них входят или выходят пассажиры с углеродом, водородом и кислородом. Миграция этих атомов порождает два АТФ. К конечной остановке остается только оксалоацетатный двигатель. Он подсоединен к другому ацетилу КоА, и цикл повторяется. 15 калорий энергии содержится в каждом грамме АТФ. Его молекулы заряжаются путем добавления фосфата к АДФ. Важно отметить, что некоторых пассажиров грабят: когда они входят и выходят из поезда цикла Кребса, никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) крадут их электроны (см. Рис. 2.1). Эти молекулы снуют по задворкам митохондрий и выгружают украденные электроны в специальный рецепторный комплекс в мембране – дверь в стене. Митохондрии – это структуры с двойными стенками, как термос: между внутренней и внешней мембранами есть небольшое пространство, называемое межмембранным. Когда украденные электроны обосновываются во внутреннем мембранном комплексе, положительно заряженные ионы водорода (которых там достаточно) преследуют отрицательно заряженные электроны и в итоге попадают в ловушку в межмембранном пространстве. Ионы водорода подобны рыбам, пойманным в сеть: они пытаются проплыть через внутреннюю мембрану, притягиваемые электронами, только чтобы оказаться в ловушке и тесниться в межмембранном пространстве. Поскольку все положительно заряженные ионы водорода соединены вместе, существует электрохимическая сила, выталкивающая их, чтобы уравновесить заряд по обе стороны внутренней мембраны. Но для ионов водорода есть только один способ покинуть эту западню: специальный портал во внутренней мембране, который работает как турникет. Ионы водорода проходят через турникет, приводимые в движение электрическим зарядом. Когда он вращается, то заставляет вместе молекулы АДФ и фосфата образовывать АТФ. Это настоящий мотор, производящий тридцать два АТФ. Сложная хореография электронов и ионов водорода, танцующих вдоль внутренней мембраны, называемая окислительным фосфорилированием, – это основной генератор энергии, который питает тело. Но что же происходит с самой молекулой глюкозы, с атомами углерода, кислорода и водорода, о которых мы начали говорить в самом начале? Помните, что именно энергия удерживает их в связанном состоянии. А атомы углерода и кислорода, составляющие 93 % массы молекулы глюкозы, превращаются в углекислый газ (CO2) при трансформации глюкозы и в пируват в цикле Кребса (см. Рис. 2.1). Водороды соединяются с кислородом в конце окислительного фосфорилирования, образуя воду, Н2О (см. Рис. 2.1). Мы едим углеводы только для того, чтобы выдыхать их, наполняя воздух вокруг скелетами картофеля прошлого. Оставшаяся часть превращается в капли воды в океане нашего организма. Сжигание и получение жира и переход на кето диету Мы используем точно такие же этапы аэробного дыхания для сжигания жира. Вместо того чтобы взяться за молекулу глюкозы, мы начинаем с триглицерида. Это может быть жир из свежей пиццы, которую мы только что съели, молекула, упакованная в хиломикрон или недавно выпущенная из обильных жировых запасов. Независимо от их источника, триглицериды расщепляются на жирные кислоты и глицерин и превращаются в ацетил КоА (сначала глицерин трансформируется в пируват; Рис. 2.1). И точно так же, как глюкоза, атомы углерода, кислорода и водорода, которые составляют эти жирные кислоты и глицерины, выдыхаются в виде CO2 или преобразуются в воду. Помимо небольшой доли, которая превращается в жидкость, жир, который вы сжигаете, покидает тело, выделяясь через легкие. Вы выдыхаете свою пищу. Если мы сжигаем много жира, независимо от того, сидим ли мы на чрезвычайно низкоуглеводной диете или голодаем, часть образующегося ацетил КоА преобразуется в молекулы, называемые кетонами. Большая их часть образуется в печени. Кетоны – это своего рода передвижная версия ацетила КоА, и она может путешествовать в кровотоке к другим клеткам, превращаться в ацетил КоА и использоваться для производства АТФ. Как и в случае многих метаболических преобразований, большая часть кетонов производится в печени, однако применение им находится во всем организме. Именно такой путь продвигают последователи кетогенных диет: они потребляют много жиров и белков и отказываются от углеводов. При прекращении движения углеводных поездов вся активность переключается на жировые и белковые пути (см. Рис. 2.1). Поскольку кетоны путешествуют вместе с кровью, они появляются и в моче. Любопытные и скучающие могут купить тест полоски без рецепта в большинстве аптек. Присутствие кетонов в моче сигнализирует о том, что организм находится на стадии кетогенеза и использует жир для получения энергии. Как только вы познакомитесь с жировыми и глюкозными путями в организме (см. Рис. 2.1.), вы поймете, почему крайне низкоуглеводные, кетогенные рационы, такие как система питания Аткинса или модная палеодиета (которая, как мы увидим в Главе 6, вовсе не палео), могут привести к значительной потере жира. Без углеводов единственный способ получения ацетил КоА – это сжигание жира. Конечно, вы также можете использовать белки, превращая аминокислоты в кетоны или глюкозу (некоторые аминокислоты даже образуют молекулы, которые могут скакать в середине цикла Кребса, как ребенок, прыгающий через двойную скакалку). Но белок, как правило, является второстепенным игроком с точки зрения ежедневных энергетических затрат. Жир является основным топливом на низкоуглеводной диете, и, если вы потребляете меньше калорий, чем тратите, дефицит будет восполнен сжиганием накопленного жира для получения энергии. Часть будет переработана в кетоны перед сжиганием. Например, мозг особенно разборчив в еде и обычно использует глюкозу только для метаболизма, но, если ее нет, он переключается на сжигание кетонов. Темная сторона преобразования жиров в энергию заключается в том, что дорожки идут в обе стороны. Как показано на Рис. 2.1, молекула сахара (глюкоза или фруктоза) может превратиться в ацетил КоА, а затем перейти на путь жирных кислот вместо того, чтобы войти в цикл Кребса, и вуаля! Сахар превращается в жир. Это тот же самый процесс, который используется для преобразования жира в КoA, просто в обратном направлении. На самом деле, как и любая хорошая, гибкая транзитная система, наши метаболические пути эволюционировали, чтобы реагировать на условия движения и отправлять молекулы в наиболее разумные места назначения. Съели больше сахара, чем нужно? Организм превратит глюкозу и фруктозу в гликоген. Запасы гликогена полны? Излишки сахара превратятся в ацетил КоА. Если поезд цикла Кребса переполнен из-за низкой потребности в энергии, начните посылать ацетил КоА в жир. И всегда есть много свободного места. Запасы гликогена пополняются, и вы не можете хранить избыточный белок, но нет предела тому, сколько жира может накопить организм. И именно поэтому мы должны очень осторожно подходить к любым диетам, нацеленным на одно конкретное питательное вещество (как к герою или злодею в вопросе похудения). Ничто не принесет вам пользу, если этого будет слишком много. Любые калории, которые не сжигаются, независимо от того, являются ли они крахмалом, сахарами, жирами или белками, превратятся в дополнительную ткань в теле. Если вы беременны или набираете массу в тренажерном зале, эта дополнительная ткань может быть полезной вещью, такой как органы или мышцы. Но если это не так, то эти лишние калории, независимо от их первоначального пищевого источника, в конечном итоге превратятся в жир. Это основа, которую мы должны понять, чтобы начать говорить обо всех реальных сложностях питания и метаболического здоровья. Мы еще поговорим о диетах и доказательствах того, что работает, а что нет, в Главах 5 и 6. Отравленные растениями Первой на планете формой энергии, так необходимой для жизнедеятельности любого живого организма, был фотосинтез. Хадза не плачут по животным, на которых охотятся и которых убивают, так же как вы не плачете над стаканчиком йогурта. Они не циничны и не пресыщены, но знают свое дело. Быть частью экосистемы означает есть других: растения или животных. Дикие гиеновые собаки, которые учуют ваш запах на ветру и повернутся, чтобы последовать за вами, не почувствуют угрызений совести, когда будут раздирать ваши внутренности. Ничего личного, это просто вопрос выживания. Понимание жизни в реальной функционирующей экосистеме требует от нас отказа от романтических, диснеевских мифов, к которым мы привыкли, живя в защищенных пригородах. Понимание мира через призму эволюции – это точно такой же дезориентирующий сигнал пробуждения. Именно Дарвин впервые отметил, что все виды в природе конкурируют за ограниченные ресурсы, пытаются найти пищу, не превратившись при этом в обед для кого-то другого. В природе нет ни «хорошего», ни «плохого» – мы проецируем эти культурные оценки на аморальных и безразличных животных. Даже вещи, которые кажутся явно сделанными для нашей пользы, движимы эволюционно эгоистичными скрытыми мотивами. Плоды, эти дары с деревьев, отяжелевшие от сладкой мякоти, – просто хитроумный способ рассеивать семена. Собаки эволюционировали, чтобы воздействовать на наши эмоции и заставлять нас любить их, потому что мы их кормим. А пышные зеленые растения, которые наполняют Землю жизнью? Они потихоньку отравляют нас уже 2,5 млрд лет. Для жизни нам нужна энергия, и первой ее формой на развивающейся планете был фотосинтез. Самые ранние бактерии, которые использовали энергию солнца, полагались на водород и серу, а не на воду, чтобы запустить этот процесс. Затем, примерно 2,3 миллиарда лет назад, где-то в неглубоких прудах молодой скалистой земли появился новый «рецепт» фотосинтеза: теперь он превращал воду (H2O) и углекислый газ (CO2) в глюкозу (C6H12O6) и кислород (O2). Солнечный свет обеспечивал энергию, необходимую для этого преобразования, которая накапливалась в молекулярных связях глюкозы. Этот новый тип фотосинтеза (он называется кислородным за счет того, что производит этот газ в виде отходов) полностью изменил все. Кислородная фотосинтетическая жизнь колонизировала планету, впитывая CO2 и воду и выделяя O2. Мы склонны думать о кислороде как о хорошей вещи, поддерживающей жизнь, но его истинная химическая природа разрушительна. Он крадет электроны и соединяется с другими молекулами, полностью изменяя их химический состав и часто разрывая на части. Кислород – это Шива разрушитель, уничтожающий все, к чему прикасается либо медленно с помощью ржавчины, либо яростно, сжигая все на своем пути. Сначала новый кислород, вырабатываемый растениями, поглощался железом в грязи и горных породах, создавая массивные окисленные «красные пласты» в земной коре. Тогда океаны поглощали столько O2, сколько могли вместить. После этого атмосфера начала заполняться, процент кислорода на планете поднялся от 0 до более чем 20 %, поскольку фотосинтезирующие растения по всему земному шару выделяли ядовитую дрянь безостановочно и безразлично. Когда уровень газа резко возрос, жизнь начала угасать. Это событие называется кислородной катастрофой, когда Земля почти превратилась в мертвую планету. Инопланетяне внутри: митохондрии и кислородная радость В непостижимой длительности естественного отбора маловероятные события становятся рутиной. Подумайте о шансах быть пораженным молнией – 1 к 700 000 (и это только для человека, живущего в Соединенных Штатах). Если вы доживете до семидесяти лет, ваши шансы все еще обнадеживающе низки – 1 к 10 000. Но что, если бы вы прожили 3 миллиарда лет, наблюдая, как развивается жизнь на Земле? С течением времени вы можете ожидать, что молния ударит в вас более 4200 раз. Эти цифры еще труднее осознать, когда мы рассматриваем эволюцию среди кишащих микроскопических орд бактерий и других одноклеточных организмов. В 30 граммах «чистой» питьевой воды содержится более миллиона бактерий, а на планете около 1,39 млрд км3 воды. Таким образом, общее число переносимых водой микроорганизмов на Земле (игнорируя те, которые живут на суше) составляет около 40×1027, или 40 с 27 нулями в конце. Даже если они размножаются только 1 раз в день, это 14×1030 повторений в год. Какова вероятность возникновения случайной мутации, которая изменяет метаболический путь, превращая некое ранее непригодное химическое вещество в источник пищи? Даже если шанс составляет один к ста триллионам, мы можем ожидать более 100 000 триллионов таких мутаций каждый год. В течение миллионов лет эволюционного развития такие изменения почти неизбежны. И поскольку молодая Земля медленно и постепенно наполнялась ядовитым кислородом в течение многих эпох, то такая возможность, безусловно, была. Среди бесчисленных квадриллионов бактерий, живущих, мутирующих и размножающихся на протяжении миллиардов лет, некоторые нашли, казалось бы, невозможное решение – способ использовать кислород для производства энергии (также этот процесс называется окислительным фосфорилированием). Перемещение электронов в межмембранное пространство и обратно позволило микроорганизмам обратить процесс фотосинтеза вспять, используя кислород для разрыва связей глюкозы, высвобождая накопленную солнечную энергию, содержащуюся внутри. Отходами в данном случае были СО2 и вода – главные ингредиенты для фотосинтеза. Это было знаковым событием в эволюции жизни. Аэробный метаболизм открыл новые горизонты, иной способ получать энергию. Бактерии, использующие кислород, распространились по всей планете, трансформируясь в новые виды и семейства. Вскоре они были повсюду. Затем произошло еще одно невероятное событие. В раннем порочном клеточном мире, когда одна клетка поглощала другую, размножающиеся аэробные бактерии были бы восхитительным пунктом меню. Когда клетка поглощает другую (будь то амеба в ручье на заднем дворе, пожирающая инфузорию туфельку, или иммунная клетка в кровотоке, убивающая вторгшуюся бактерию), она «съедает» свою добычу, и жертва попадает внутрь мембраны поглотившей ее клетки, где в дальнейшем распадется и превращается в энергию. Но, поскольку бесчисленные миллиарды аэробных бактерий были поглощены за сотни миллионов лет, только небольшая горстка (возможно, лишь одна или две) избежала уничтожения. Вместо этого, вопреки всему, они выжили, остались целыми и невредимыми, продолжая жить в своем новом хозяине. Их можно даже сравнить с пророком Ионой, который был проглочен китом и жил в его чреве. И это сработало блестяще. Эти химерные клетки имели преимущества перед другими в океанах нашей планеты. Имея на борту специальную бактерию, производящую энергию, эти гибридные клетки превосходили других в борьбе за превращение энергии в потомство. Наличие внутреннего бактериального двигателя стало нормой. Каждое животное на Земле сегодня, от червей до осьминогов и слонов, пользуется результатами этого великого скачка эволюции. Как и другие животные, мы тоже являемся носителями потомков тех спасительных аэробных бактерий в наших клетках. Это митохондрии. Революционную идею о том, что митохондрии развились из симбиотических бактерий, поддержала Линн Маргулис, дальновидный эволюционный биолог. Ученые еще в XIX веке признали визуальное сходство между митохондриями и микроорганизмами, которые они рассматривали через микроскоп, и предположили возможность бактериального происхождения этих органелл, но именно Маргулис первой дала этой идее жизнь. В 1960 х годах она написала эпохальную статью, посвященную этой теории. Более дюжины журналов отказались от ее публикации, потому что посчитали текст возмутительным, но исследовательница не сдавалась. В последующие десятилетия стало ясно, что абсурдная идея Маргулис была абсолютно верной. Митохондрии внутри клеток сохраняют собственную странную петлю ДНК – предательский след их бактериального прошлого. И мы покорно кормим их и ухаживаем за ними, как за драгоценными домашними животными, наше сердце и легкие снабжают митохондрии кислородом и забирают отходы CO2 (см. Рис. 2.1). Без них и магии окислительного фосфорилирования мы не смогли бы поддерживать энергетическую экстравагантность, которую считаем само собой разумеющейся. Жизнь никогда не превратилась бы в тот огромный зверинец, который мы видим сегодня. Кислород является основным ингредиентом окислительного фосфорилирования именно потому, что он похищает электроны – именно эта характеристика делает его таким разрушительным. O2 является конечным акцептором электронов в так называемой цепи переноса, транспортной системе, которая пропускает их вдоль внутренней мембраны митохондрий, вытягивая ионы водорода в межмембранное пространство (см. Рис. 2.1). Без кислорода цепь переноса электронов останавливается, цикл Кребса возобновляется и митохондрии выключаются. Когда электроны соединяются с O2 в конце этого процесса, они притягивают ионы водорода, образуя воду, Н О. Митохондрии образуют больше одной чашки воды в день (около 300 мл) из кислорода, который вы вдыхаете. Вне конкуренции На фундаментальном уровне макронутриентов и митохондрий пути и способы производства АТФ у всех животных (включая человека), по существу, одинаковы. Рисунок 2.1 в равной степени применим к тараканам, коровам и людям. И все же за почти 2 млрд лет, прошедших с тех пор, как на сцену вышли аэробный метаболизм и митохондрии, эволюционировало поразительное множество видов, и все они использовали одну и ту же основную метаболическую структуру. Обмен веществ ускорялся и замедлялся, корректировался и формировался, подпитывая энергией организмы, чтобы они двигались, росли, размножались и восстанавливались. Как мы видели в предыдущей главе, эти метаболические изменения существенным образом повлияли на развитие нашего вида. Теперь, когда мы понимаем метаболические основы, которые являются базовыми у всех животных, давайте исследуем способы, которыми эволюция сформировала их, чтобы поддержать биоразнообразие. Давайте посмотрим, куда могут доставить нас кислородные двигатели и как они функционируют изо дня в день в реальном мире. Сколько энергии мы действительно расходуем каждый день, и на что она тратится? Сколько энергии нужно, чтобы пройти километр, побороть простуду или родить ребенка? Можем ли мы действительно ускорить метаболизм с помощью кофе, диеты или суперфудов? Как нашему организму удается обеспечить необходимое количество топлива для удовлетворения ежедневных потребностей? И почему метаболические двигатели изнашиваются и выходят из строя? Является ли смерть неизбежной ценой сжигания калорий, сделкой с дьяволом за возможность танцевать среди живых? И самое главное: как много нужно пробежать, чтобы избавиться от чувства вины из-за съеденного пончика? Глава 3. Чего мне это будет стоить? В экономике жизни калории – это валюта. Ресурсы всегда ограничены, и энергию, потраченную на одну задачу, нельзя израсходовать на другую. Эволюция – это бессердечный бухгалтер: единственное, что имеет значение в конце жизни, – это сколько выживших потомков осталось. Организмы, которые сжигают калории неразумно, в глазах естественного отбора будут размножаться меньше. Следующее поколение будет состоять из потомства от осторожных родителей, которые владеют стратегическим планированием, – тех, кто лучше всего добывал энергию и распределял эти калории наиболее эффективно. Поскольку физиология и поведенческие тенденции передаются по наследству, эти дети будут склонны сжигать калории, как их родители. Это новое поколение снова вступает в игру, но в этом раунде более жесткая конкуренция. Наименее эффективные конкуренты отсеиваются. На протяжении эонов организмы, оставшиеся в живых, – это те, у кого есть тонко настроенные стратегии получения и расходования калорий. Каждый вид представляет собой определенную метаболическую стратегию, откалиброванную в соответствии с его средой обитания. Последний ход в этой бесконечной игре жизни. Хотите узнать, как эволюция сформировала физиологию вида? Желаете понять, как различные задачи распределяются по приоритетам или сортируются в трудные времена? Следите за калориями. На плечах гигантов Ничто не могло быть более очевидным, чем потребность в еде и дыхании, однако все равно нужно было много времени, чтобы создать науку о метаболизме. Понимание и формулирование каждой детали, которую мы рассмотрели в Главе 2, слова и стрелки на рисунке 2.1, заняли у кого-то – или, чаще, у нескольких человек – годы. Эта наука появилась более двух столетий назад. Первые прорывы в понимании метаболизма произошли в середине и конце XVIII века, когда исследователи в Европе и Америке открыли роль кислорода и пищи. Ученые той эпохи, как и все остальные с незапамятных времен, знали, что люди и другие животные должны есть и дышать, чтобы выжить. Исследователи даже установили связь между огнем и обменом веществ, признав, что тела людей и других млекопитающих вырабатывают тепло. Однако детали до сих пор были достаточно размытыми. Никто не знал, что именно из воздуха нам нужно или как организм использует пищу. Ничего из того, о чем мы говорили во второй главе, еще не было известно. Не помогло и то, что ранние исследования обмена веществ проводились на основе ретроградных взглядов о строении мира. Когда началась эпоха Просвещения и в XVII веке начала зарождаться современная западная наука, сложилось следующее общее мнение: мы не получаем ничего важного из воздуха. Вместо этого ученые полагали, что тепло тела (а также жар от огня) представляет собой субстанцию (они называли ее флогистоном), которая испаряется. Считалось, что флогистон был основной составляющей всех горючих веществ, которая делала их огнеопасными, высвобождаясь при горении. Воздух поглощал флогистон, но вмещал его не так уж много. Вот почему свеча гаснет, когда на нее ставят сосуд: как только воздух внутри насыщается флогистоном, он больше не может высвобождаться, и огонь затухает. Кислород был открыт химиком Джозефом Пристли только в 1774 году. Он называл его дефлогистированным воздухом, полагая, что это очищенная форма воздуха, без флогистона. Пристли представил это вещество коллеге, химику Антуану Лавуазье, во время визита в Париж. Они оба были очарованы процессом горения. Лавуазье, которого многие считали отцом современной химии, отверг идею о том, что воздух Пристли был дефлогистирован. Вместо этого ученый утверждал, что газ является самостоятельным веществом, и назвал его кислородом, или кислотообразующим веществом, за его склонность к краже электронов и окислению (те же свойства, которые делают его столь важным в цепи переноса электронов). Химик первым понял, что для горения нужен кислород. У него было предчувствие, что в живых организмах происходит то же самое. В 1782 году Лавуазье и Пьер Симон Лаплас провели гениальный эксперимент, который привел к фундаментальному прорыву в науке о метаболизме. Они поместили морскую свинку в небольшой металлический контейнер и поставили его (с закрытой крышкой, но с отверстиями для дыхания) в большое ведро, частично заполненное льдом. Затем они положили лед по бокам и сверху контейнера, в котором сидела свинка, и открыли слив в нижней части ведра. Определив объем воды, которая вытекала из ведра, они смогли измерить тепло, выделяемое морской свинкой. Лавуазье и Лаплас вычислили соотношение сожженных калорий к количеству CO2, которое вырабатывал грызун, и обнаружили, что тепло, выделяемое свинкой, было равно теплу сжигания дерева или воска от свечи. Лавуазье заключил: «la respiration est donc une combustion» (фр. дыхание – это горение). Это, по существу, означает следующее: метаболизм – это горение. Представьте себе, что бы обнаружил Лавуазье, если бы его не обезглавили на гильотине во время Французской революции спустя всего пару лет. Потребовались десятилетия кропотливых экспериментов, показавших, что тепло, выделяемое при сжигании пищи на огне, точно такое же, как и при процессах в организме, и что количество потребляемого кислорода и производимого углекислого газа также одинаково. Установив эти фундаментальные правила, ученые получили два общих подхода к определению расхода энергии: они могли измерять произведенное тепло (называемое прямой калориметрией) или потребление кислорода и производство углекислого газа (называемое косвенной калориметрией). С практической точки зрения, это намного проще, чем измерение тепла. Таким образом, к концу XIX века пионеры в новых областях питания и метаболизма использовали потребление O2 и производство CO2 в качестве основного показателя количества калорий, сжигаемых людьми и животными. Перенесемся еще на сто лет вперед. Тот же самый подход к определению количества энергии я использовал, измеряя показатели собаки по имени Оскар в двух состояниях: когда он шел и бежал по дорожке. Как вы можете видеть на рисунке 2.1, при сжигании углеводов, жиров и белков потребляется O2 и производится CO2. Измерение потребления кислорода и углекислого газа является стандартным подходом для определения сожженных калорий. O2 и СO2 сами по себе не являются энергией, но настолько тесно связаны с выработкой АТФ и ее расходованием, что выступают надежными и точными показателями работы метаболизма. Теперь перейдем к тому, что написано мелким шрифтом. Так как O2 и CO2 являются косвенными показателями расхода энергии, есть некоторые важные детали, которые необходимо учитывать при измерении метаболизма с учетом этих показателей. Во-первых, прежде чем организм достигнет устойчивого показателя потребления кислорода и производства углекислого газа, необходимо хотя бы несколько минут активности. Как вам уже известно, если вы регулярно тренируетесь, то дыхание и частота сердечных сокращений не достигают своего среднего ритма, пока вы не будете заниматься этим некоторое время. Короткие всплески активности, такие как бег или поднятие штанги, не длятся достаточно долго, чтобы дать устойчивые показатели, и зависят от анаэробного метаболизма, для которого не нужен кислород, а это затрудняет процесс измерения. Кроме того, количество энергии, расходуемой для потребляемого кислорода или производимого углекислого газа, немного меняется в зависимости от того, сжигаете ли вы больше углеводов, белков или жиров. Удобно, что количество последних можно рассчитать из отношения потребления O2 к производству CO2 (называемого дыхательным обменным коэффициентом, или дыхательным коэффициентом), чтобы определить точный расход энергии. Несмотря на эти трудности, исследователи изучили энергетические затраты, необходимые для ошеломляющего разнообразия человеческой деятельности. И именно с этими показателями вы сталкиваетесь, когда пользуетесь фитнес оборудованием и онлайн калькулятором, которые показывают, сколько калорий вы сожгли. Крутите ли вы педали на велотренажере, пользуетесь умными часами или выбиваетесь из сил во время тренировки – показатель количества сжигаемых калорий основан на измерениях потребления O2 и производства CO2 в какой-то тестовой группе, трудящейся в лаборатории. По крайней мере, это то, на чем должны основываться цифры. Нет никакой метаболической полиции, которая проверяет, обманывают ли нас компании производители этих устройств или разработчики приложений. Часто энергетические затраты выражаются в метаболических эквивалентах (MET). 1 MET определяется как 1 Ккал на килограмм массы тела в час, грубо говоря, затраты энергии во время отдыха. Существует так называемый «Компендиум физической активности». Он составляется с 1993 года Барбарой Эйнсворт и ее командой и считается авторитетным источником, к которому можно обратиться за тем, чтобы узнать об энергозатратности конкретной деятельности. В нем описаны показания для более чем восьмисот видов активности, от повседневных (печатание на машинке или компьютере, 1,3 MET) до неожиданных (рыбалка с копьем стоя, 2,3 MET) и от любопытно неопределенных (сексуальная активность, общие умеренные усилия, 1,8 MET) до обескураживающе специфических (ходьба задом наперед, со скоростью 5,5 км/час, подъем в гору, 5-процентный наклон, 6,0 MET). Я перечислил некоторые общие виды деятельности и их энергозатратность в таблице 3.1. Таблица 3.1. Энергетические затраты при разных видах активности Передвижение: затраты на ходьбу, бег, плавание и езду на велосипеде Быть членом племени хадза – значит много ходить. И ходить. И ходить. Каждый день. Женщина проходит в среднем 8 км в день, мужчина – около 13,5. Женщина возраста Миле прошла за свою жизнь более 160 000 км – достаточно, чтобы обогнуть земной шар четыре раза. Мужчина, достигший семидесяти лет, может преодолеть расстояние в 384 000 км – этого хватить, чтобы дойти до Луны. Ходьба является настолько важной частью их жизни, что, когда мы с Дэйвом и Брайаном занялись проектом Hadza energetics в 2009 году, первым объектом нашего исследования была именно она. Во время первого полевого эксперимента мы измеряли общие ежедневные затраты энергии с помощью метода дважды меченой воды и даже привезли с собой портативную респирометрическую систему. Конечно, оборудование стоило в два раза дороже моей Honda Civic, но оно поместилось в портфель и помогло нам проделать невероятную работу по измерению потребления кислорода и производства углекислого газа. Участники испытания надевали на нос и рот легкую пластиковую маску, похожую на кислородные маски в больницах. У нее была тонкая трубка, которая шла к сенсорному блоку, размером с толстый роман в мягкой обложке, прикрепленный к нагрудному ремню. Это была крошечная метаболическая лаборатория. Мы расчистили ровную пешеходную дорожку вокруг лагеря для испытаний. Мужчины и женщины хадза шли в течение примерно 5-7 минут с постоянной скоростью, в то время как маска и сенсорное устройство рассчитывали скорость расхода энергии (килокалорий в минуту) из измерений потребления кислорода и производства углекислого газа. Мы обнаружили, что они тратят на ходьбу столько же энергии, сколько и все остальные: Энергетические затраты на ходьбу (ккал на км) = 0,49 × вес (кг) Это уравнение взято из большого метаанализа Джонаса Рубенсона и его коллег, объединяющего данные 20 различных исследований. Информация, полученная нами благодаря изучению племени хадза, полностью совпадала с результатами выборки ученого. Видимо, жизнь, проведенная на ходу, не делает человека более эффективным в ходьбе. Используя уравнение для расчёта затрачиваемой энергии, вы обнаружите, что 70 килограммовый человек сжигает 34 ккал, чтобы пройти 1 км (0,49 × 70 = 34). Более миниатюрный человек при весе 45 кг сжигал бы 22 ккал. (Это затраты, превышающие нужные для отдыха, которые мы обсудим ниже.) Если мы хотим учесть усилие, затрачиваемое на ношение рюкзака или ребенка, то просто добавляем вес этих предметов к показателю массы тела, прежде чем умножить его на 0,49. Таким образом, если человек весом 82 кг наденет 9 килограммовый рюкзак, то он будет сжигать 44 ккал/км. Бег обходится дороже, чем ходьба. В той же работе Рубенсон и его коллеги проанализировали данные 23 исследований расхода энергии на бег и обнаружили, что энергозатраты росли с увеличением веса. Энергетические затраты на бег (ккал на км) = 0,95 × вес (кг) Получается, что 70 килограммовый человек, пробежавший километр, сожжет 66 ккал (0,95 × 70 = 66). И поскольку 70 кг – это типичный вес для взрослого человека, то мы можем смело предположить, что ходьба требует 34 ккал за км, а бег – 66 ккал. Бег «стоит» вдвое дороже, чем ходьба, но все же далеко не так дорого, как плавание. В исследованиях профессиональных пловцов Паолы Зампаро, Карло Капелли и их коллег энергозатраты на плавание рассчитываются следующим образом: Энергетические затраты на плавание (ккал на км) = 2,7 × вес (кг) … что почти в три раза больше, чем при беге. Для сравнения, езда на велосипеде обходится гораздо «дешевле»: Энергетические затраты при езде на велосипеде (ккал на км) = 0,15 × вес (кг) И это всего 1/3 стоимости энергозатрат от обычной ходьбы. Затраты энергии на езду на велосипеде растут экспоненциально со скоростью, а также зависят от таких факторов, как ветер, дорожное покрытие, конструкция шин и давление (которые влияют на сопротивление). Как бы то ни было, экономичность велосипеда сильно отличается даже от самого экологичного автомобиля. Toyota Prius весом около 1300 кг сжигает 4 л бензина (32 500 ккал), чтобы проехать 100 км, а это означает, что его стоимость за кг (0,25 ккал за км) примерно на 60 % больше, чем путешествие на велосипеде. Прежде чем закончит этот тур по путешествиям с человеческим двигателем, давайте посмотрим, сколько энергии мы тратим при восхождении. Будь вы членом племени хадза, взбирающимся на баобаб, чтобы собрать мед из улья, скалолазом на какой-нибудь альпийской скале или бухгалтером, поднимающимся по лестнице на работе, расход энергии во время восхождения увеличивается с весом тела следующим образом, Восхождение (ккал на м) = 0,01 × вес (кг) На первый взгляд энергетические затраты при восхождении могут показаться невысокими. Но обратите внимание, что, в отличие от энергетической «стоимости» ходьбы, бега, плавания и езды на велосипеде, это уравнение дает «стоимость» за каждый метр высоты; в других указана «цена» за километр. На самом деле восхождение на гору обходится примерно в 36 раз «дороже», чем ходьба пешком, и это, несомненно, самый «дорогой» вид передвижения для человека. Конечно, ходьба или бег вниз по склону менее затратны, чем путешествие по ровной местности, если спуск не настолько крут, чтобы было трудно идти. Удобно, что для холмов, с которыми мы обычно сталкиваемся на тропах и тротуарах (уклоны менее 10 %), дополнительные затраты на подъем в гору примерно такие же, как и экономия энергии при спуске. Затраты на подъем и спуск с холма обычно можно игнорировать, если его высота незначительна. Рис. 3.2 энергетические затраты (ккал на кг массы тела) при передвижении. Слева приводится количество энергии, затраченной за пройденный км, справа – за час. Влияние скорости, тренировки и техники По своему опыту вы знаете, что чем быстрее ходите, бегаете, катаетесь на велосипеде, карабкаетесь или плаваете, тем тяжелее дышите и тем больше энергии сжигаете. А еще нам всегда кажется, что профессиональные спортсмены бьют рекорды без каких-либо усилий, в то время как мы, простые смертные, пыхтим и тяжело дышим. На самом деле скорость влияет на расход энергии двумя способами, но эффект не всегда совпадает с восприятием. А обучение и техника имеют гораздо меньшее значение, чем вы думаете. Основной способ, которым скорость влияет на расход энергии, прост: чем быстрее мы двигаемся, тем быстрее мышцы должны выполнять работу и тем быстрее мы сжигаем калории. Если за один км мы тратим 100 ккал, то за 6 км мы сожжем 600 ккал (километр мы будем пробегать за 10 минут) или 1000 ккал за 10 км. Другими словами, скорость, с которой мы сжигаем энергию (ккал в минуту или ккал в час), будет увеличиваться непосредственно со скоростью. Увеличение энергозатрат в минуту при ходьбе, беге, плавании и езде на велосипеде показано на Рис. 3.2. Описанное выше, вероятнее всего, укладывается в вашу картину мира: чем выше скорость, тем больше расход энергии. Однако есть один интересный факт: независимо от скорости, вы будете сжигать одинаковое количество калорий за километр. Это означает, что вы потратите такое же количество калорий как при пробежке на три км в своем темпе, так и при беге трусцой – просто это происходит быстрее (и заканчивается раньше) при увеличении скорости. Быстро бегать труднее, потому что усталость связана с тем, как усердно мы работаем (например, количество калорий в минуту), а не только с общим количеством сожженных калорий. Мы обсудим выносливость и усталость в Главе 8. На данный момент достаточно знать, что «расход топлива» для бега не меняется со скоростью. Это не относится к плаванию, ходьбе и езде на велосипеде. Для этих видов деятельности скорость влияет на наш расход «топлива» – энергию, сжигаемую на километр. Этот эффект отчетливо виден на Рис. 3.2, где показано соотношение между скоростью и энергией на км. Рассмотрим, например, ходьбу. Если человек весом 70 кг будет идти в своем обычном темпе около 4 км/час, то будет сжигать примерно 50 ккал за 1,5 км. Мы можем рассматривать это как оптимальную скорость, поскольку она требует наименьшего количества энергетических затрат на километр. При более быстрой ходьбе, со скоростью 6,5 км в час, вы будет сжигать примерно на 40 % больше энергии, то есть около 70 ккал на 1,5 км. При скорости около 8 км в час «стоимость» ходьбы превышает энергетические затраты при беге. На самом деле бежать с такой скоростью «дешевле», чем идти пешком. Благодаря эволюции мы очень чувствительны к изменению энергетических затрат при ходьбе. Поставьте кого-нибудь на беговую дорожку и медленно увеличьте скорость, и он, естественно, переключится с ходьбы на бег очень близко к скорости метаболического перехода, когда бег требует меньшего количества энергии. Попросите испытуемых пройтись по дорожке в обычном темпе или понаблюдайте за людьми, идущими по тротуару, и вы обнаружите, что они держатся довольно близко к энергетически оптимальной скорости. Привычная скорость ходьбы также зависит от наших целей и окружающей среды. Скорость людей в больших быстро развивающихся городах или членов племени хадза, которые вынуждены быстро передвигаться, обычно выше, чем энергетически оптимальная. Видимо, при определенных обстоятельствах мы готовы тратить немного больше энергии на километр, чтобы сэкономить время и пройти больше. Как и других животных, эволюция научила нас стратегически подходить к тому, как мы тратим энергию. Энергетические затраты на ходьбу (ккал/км) увеличиваются по мере ускорения из-за механики походки. Мы поднимаемся и опускаемся с каждым шагом, центр тяжести перемещается будто по американским горкам. Эти движения вверх-вниз становится все труднее выполнять по мере ускорения. Когда мы переходим на бег, ноги превращаются в пружинистые палки и мы как бы подпрыгиваем от шага к шагу. Мы все также поднимаемся и опускаемся при каждом шаге, но благодаря пружинной механике соотношение скорости и затрачиваемой энергии становится более уравновешенным. Энергетическая «стоимость» езды на велосипеде и плавания на километр увеличивается со скоростью, однако уже по другим причинам. Дело в том, что, плавая или катаясь на велосипеде, вы как бы перемещаетесь сквозь жидкую субстанцию (воздух или воду) и энергия расходуется на противостояние сопротивлению. Чем быстрее вы двигаетесь, тем сильнее сопротивление. Этот эффект чрезвычайно силен и в плавании: увеличение скорости всего с 3 км/ч до 5 км/ч вызывает рост энергетических затрат за один км примерно на 40 % (Рис. 3.2). При езде на велосипеде энергетические затраты на борьбу с сопротивлением не так заметны, если ваша скорость ниже 16 км в час (одна из причин того, что сопротивление воздуха не является важным фактором при беге). Если скорость выше 16 км в час, то влияние сопротивления увеличивается. Велосипедист весом 70 кг потратит на 10 ккал больше за км, чтобы увеличить скорость с 15 до 30 км в час; увеличение с 30 до 50 км в час будет стоить на 15 ккал больше за километр (Рис. 3.2). Эти показатели актуальны при отсутствии ветра, который будет влиять на лобовое сопротивление, увеличивая или уменьшая поток воздуха относительно движущегося человека. Езда на велосипеде со скоростью 32 км в час при встречном ветре 16 км в час приведет к тому же сопротивлению, что и езда со скоростью 48 км в час при безветренной погоде. Скорость движения влияет на расход энергии – чем быстрее мы двигаемся, тем быстрее сжигаем калории. Удивительно, но обучение и техника лишь незначительно влияют на энергетическую «стоимость» передвижения. Исследования профессиональных бегунов дали разные результаты: первые ученые обнаружили, что обученные спортсмены сжигают меньше энергии на километр, однако вторые сообщили об отсутствии разницы. Другие эксперименты основывались на более контролируемом подходе: в течение нескольких недель или месяцев проводились исследования испытуемых, во время которых измеряли их энергетические затраты. Эти исследования не всегда показывают измеримое влияние, оказанное на энергетическую «стоимость» километра, но даже в тех работах, которые действительно демонстрируют разницу, эффект обычно невелик, около 1–4 %. Это может быть важно в спорте высших достижений, где гонки выигрываются или проигрываются за доли секунды, но вряд ли будет заметно среднему человеку. Техника и оборудование также почти не оказывают никакого значимого воздействия. В исследовании об энергетических затратах во время плавания Капелли и его коллеги сообщили о том, что спортсмены, плавающие на спине, баттерфляем или в вольном стиле, расходуют почти одинаковое количество энергии (брасс требует уже других затрат). По-видимому, вы можете плавать практически в любом стиле, и это мало влияет на энергозатраты. То же самое касается и бега. Интернет полон тонких и трезвых советов о том, как держать руки во время бега, но это в основном чушь, по крайней мере с точки зрения метаболизма. Вы можете ходить или бегать, скрестив руки на груди, за спиной или вытянув над головой, и это только увеличит количество сжигаемых калорий на 3–13 %. Новейшая технология в этой сфере – это обувь Nike Vaporfly, которая за 250 долларов обещает снизить энергетические затраты примерно на 4 процента. Это впечатляющая инженерия, но для 70 килограммового человека 4 процентная экономия составляет всего 2,5 ккал на км, что эквивалентно энергии в одном драже M&M’s. Это сокращение затрат вряд ли будет иметь большое значение, если вы не соревнуетесь с другими профессиональными спортсменами. Поскольку «стоимость» одного километра увеличивается с массой тела, то типичный американец с лишним весом рациональнее расходовал бы энергию при беге (и при всех остальных видах физической активности), если бы сбросил несколько килограммов. Снижение массы тела на один процент равно аналогичному снижению энергозатрат. Километры за пончик Для того, чтобы определить количество энергии, затраченное на различные виды деятельности, мы можем использовать уравнения для расчета «стоимости» ходьбы, бега и лазания. На самом деле, сами по себе энергетические затраты на физическую активность очень малы. Давайте возьмем в пример взрослого человека весом 70 кг. Даже если он проходит рекомендуемые 10 000 шагов в день (около 8 км), то это всего лишь около 250 ккал – примерно столько же, сколько в одной бутылке содовой (240 ккал) или в половине бигмака (270 ккал). Подъем на один лестничный пролет сжигает 3,5 ккал – это даже меньше энергии, чем в шарике M&M. Вам придется пробежать 5,5 км, чтобы сжечь калории, которые наберете, съев один шоколадный глазированный пончик (340 ккал) и более 12 км, чтобы компенсировать большой молочный коктейль из Mcdonald’s (840 ккал). При более экстремальных видах спорта энергетические затраты, конечно же, выше. Все тот же спортсмен весом 70 кг, пробежав марафон, сожжет около 2690 ккал. Во время триатлона Ironman (заплыв на 3,8 км, велогонка на 180 км, бег на 42,2 км) спортсмен сожжет около 8000 ккал, если предположить, что средняя скорость езды на велосипеде будет 40 км в час (Рис. 3.2) и плыть он будет очень быстро. За 160 километровый ультрамарафон вы сожжете 16 500 ккал, и это без учета затрат на подъем в гору. Пеший поход по Аппалачской тропе с 14 килограммовым рюкзаком за спиной «стоит» около 140 000 ккал. Женщина племени хадза, как правило, меньше ростом, чем взрослые в развитых странах. Они в среднем весят около 43 кг. Тем не менее типичная женщина хадза, проходящая 8 км каждый день, сжигала бы около 63000 ккал в течение года только при ходьбе. Это очень много энергии. Но все равно меньше, чем затраты на выращивание ребенка. Тело в состоянии покоя Все основные функции, которые наши клетки выполняют для поддержания жизни и функционирования организма, продолжают выполняться, когда мы начинаем двигаться. Они переходят в фоновый режим, сжигая энергию – таковы издержки поддержания жизни организма. Оценки энергозатрат, полученные с помощью приведенных выше уравнений для ходьбы, езды на велосипеде, плавания и восхождения, являются расходом сверх этих фоновых значений. Часто мы игнорируем эти невидимые затраты, когда говорим о физических упражнениях и сжигании калорий, но именно они больше, чем все, что вы, вероятно, будете делать в тренажерном зале. Фоновые энергетические затраты имеют несколько названий: скорость основного обмена, базальные энергетические затраты, энергетические затраты в состоянии покоя, скорость метаболизма в состоянии покоя и стандартная скорость метаболизма. Разница между ними только в том, как измеряются эти показатели обмена веществ. Исследователи не всегда заботятся о том, какие термины используют, что вызывает путаницу. Скорость основного обмена является наиболее четко определенным термином: это скорость расхода энергии, измеряемая ранним утром, когда испытуемый лежит, бодрствует, но находится в спокойном состоянии при комфортной температуре и еще не принимал пищу (без еды в течение предыдущих шести часов). Если один или несколько из этих критериев нарушаются, то показатель обычно называют энергетическими затратами в состоянии покоя или каким-либо другим словосочетанием, объясняющим условия, в которых было проведено измерение. Скорость основного обмена (а также его многочисленные варианты) – это сжигаемая энергия, которая расходуется, когда вы не выполняете никакой физической работы, не потребляете пищу, и ваше тело не прикладывает усилий, чтобы согреться. Наилучший способ представить это – суммировать энергетические затраты органов на выполнение своих задач. Чем больше вы сами, тем крупнее ваши органы и тем больше работы они выполняют, поэтому неудивительно, что скорость основного обмена (СОО) (ккал в день) увеличивает массу тела (в кг). Младенцы (от 0 до 3 лет): СОО = 27 × вес – 30 Дети (от 3 лет до полового созревания): СОО = 10 × вес + 511 Женщины: СОО = 5 × вес + 607 Мужчины: СОО = 7 × вес + 551 Для младенцев, детей, мужчин и женщин нам нужны разные уравнения. И на это есть две причины. Во-первых, масса тела оказывает странное нелинейное влияние на скорость метаболизма. Энергия на килограмм веса гораздо выше для более миниатюрных представителей человечества (включая маленьких людей), чем для больших, как мы обсудим ниже. Вот почему показатели для младенцев в уравнении (27) в четыре или пять раз выше, чем для мужчин (7) и женщин (5). Во-вторых, обмен веществ меняется по мере взросления, и физиология тоже переключается с задачи расти на размножение. Наши тела меняются в период полового созревания, причем женщины запасают больше жира, чем мужчины. Он не расходует столько энергии, сколько другие ткани, и поэтому в среднем количество калорий, сжигаемых на кг, у женщин (5) ниже, чем у мужчин (7). Приведенные выше уравнения скорости основного обмена дают представление о фоновых потребностях тела в энергии в день, но это всего лишь приблизительные оценки. Ваш показатель может легко упасть или подняться выше того, что приведен в уравнении, на 200 ккал в день. Большая часть этих изменений связана с телосложением. Если большая часть веса – это жир, СОО, вероятно, упадет ниже прогнозируемого значения. Если большая массы тела – это мышечная ткань, то показатели, вероятнее всего, будут выше. Это одна из главных причин, по которой люди замечают, что их метаболизм замедляется в старости: по достижении среднего возраста мышцы в организме постепенно замещаются жиром. Однако даже разные ткани сжигают за день неодинаковое количество калорий. Некоторые органы можно назвать «метаболически» спокойными, в то время как другие тратят достаточно энергии для пятикилометровой пробежки каждый день. Индивидуальные различия в размерах органов, особенно в соотношении мышечной массы к весу, могут оказывать заметное влияние на СОО. Далее мы заглянет за кулисы тайной метаболической жизни наших органов. Мышцы, кожа, жир и кости Самые большие органы – самые тихие. У типичного взрослого американца мышцы составляют 42 % массы тела, но только 16 % от СОО, что дает нам около 280 ккал в день (около 13 ккал в день на кг). Кожа весит 5 кг, но сжигает только 30 ккал в день; скелет немного тяжелее, но тратит еще меньше. Жировые клетки более активны, чем вы думаете. Они вырабатывают гормоны и транспортируют глюкозу и липиды для поддержания энергоснабжения организма. Тем не менее каждый килограмм жира сжигает только около 2 ккал в день, в общей сложности около 85 ккал в сутки. Это примерные расчеты для обычного взрослого весом 70 кг, у которого доля жира в организме составляет 30 %. Сердце и легкие Сердце – это насос из мышц. У него своя собственная электрическая система, и именно поэтому в древние времена во время жертвоприношений, когда правители майя вырывали сердца из груди жертв, они продолжали биться. С каждым ударом орган перекачивает около 70 мл крови в организм через аорту. Это около 5 л в минуту – почти вся кровь в вашем теле. И это только когда вы находитесь в состоянии покоя. Во время тренировки сердечный выброс может легко утроиться. Удивительно, но вся эта работа проделывается по очень низкой «цене» – около 2 калорий за удар. Не килокалорий, а всего 2 калории (0,002 ккал). При частоте сердечных сокращений в состоянии покоя 60 ударов в минуту сердце сжигает около 8 ккал в час, что эквивалентно энергии от двух драже M&M’s. На долю этого органа приходится около 12 % от общего объема СОО. Легкие, для сравнения, в 2 раза больше сердца, но сжигают только около 80 ккал в день, или около 5 % от СОО. Почки Почки – это обслуживающий персонал организма: неутомимый, незаменимый и недооцененный. В дополнение к поддержанию нужного количества воды в теле они также отвечают за очистку от отходов и токсинов, фильтруя 180 литров крови в день. Миллионы микроскопических сит (нефронов) очищают каждую каплю крови тридцать раз в день, пропуская через себя соли и другие молекулы, чтобы устранить вредные вещества и сохранить полезные. И все же люди по-прежнему будут тратить несметные деньги и время (в основном без пользы для себя) на причудливые «чистки», обещающие избавить их организм от токсинов. Большинство из этих продуктов просто создают почкам больше работы по очистке (серьезно: прекратите это). Эти органы также выполняют важную метаболическую задачу, называемую глюконеогенезом, превращая лактат, глицерин (из жира) и аминокислоты (из белков) в глюкозу (Рис. 2.1). Вся эта работа требует много энергии. Вместе ваши почки весят всего 200 г, но сжигают около 140 ккал в день, что составляет 9 % от СОО. Печень Печень – это невоспетый герой. Эта метаболическая фабрика весом всего 1,5 кг участвует почти во всех процессах жизнеобеспечения, показанных на Рис. 2.1. Она является главным хранилищем гликогена и выполняет большую часть работы по преобразованию глюкозы в гликоген и обратно. Именно этот орган превращает фруктозу в жир для хранения или в сжигаемую форму глюкозы. Печень расщепляет неиспользуемые хиломикроны и сохраняет жир или переупаковывает его в другие липопротеиновые контейнеры (включая липопротеины низкой плотности – ЛПНП, и липопротеины высокой плотности – ЛПВП). Она является центром глюконеогенеза, превращая жиры и аминокислоты в глюкозу, когда это необходимо, а азотсодержащую головку аминокислот – в мочевину, чтобы выделять ее с мочой. Печень является основным местом кетогенеза. О, и она также расщепляет большое количество токсинов, от алкоголя до мышьяка (но вы все равно должны обязательно попробовать очищение грейпфрутом и кленовым сиропом…). Вся эта непрерывная метаболическая работа сжигает около 300 ккал в день, что составляет 20 % от СОО. Желудочно-кишечный тракт Если так подумать, то мы, люди, как и любое другое животное с отчетливым ртом и задницей, на самом деле просто сложные трубки. И эта трубка – желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), который проходит от рта к желудку, а затем через тонкий и толстый кишечник к анусу. Это перерабатывающий завод для переваривания пищи и превращения ее в питательные вещества, как мы обсуждали в Главе 2. Желудочно-кишечный тракт человека весит около 1,1 кг и сжигает 12 ккал в час, и это только в состоянии покоя на пустой желудок. Процесс пищеварения затрачивает гораздо больше энергии – около 10 % от ежедневных потребляемых калорий, или 250–300 ккал в день для обычного взрослого человека. Неясно, сколько энергии, расходуемой кишечником, приходится на триллионы бактерий, трудящихся в нашей микробиоте. Недавнее исследование на мышах, проведенное Сарой Бар, Джоном Кирби и его коллегами, предполагает, что калории, сжигаемые микробиотой, могут составлять до 16 % СОО у людей, что означает, что расход энергии ЖКТ в состоянии покоя (около 12 ккал в час) почти полностью относится к кишечным бактериям. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, верна ли эта оценка, но она дает некоторое представление о ежедневном количестве энергии, затрачиваемой нашими друзьями бактериями. Мозг Мозг и печень разделяют титул самого энергозатратного органа. Первый весит от 1 до 2 кг, но сжигает около 300 ккал в день, что составляет 20 % от СОО. Именно по причине таких высоких затрат большой мозг так редко встречается у животных. Только в редких случаях эволюция предпочитает направлять тонны энергии в большой мозг вместо непосредственно выживания и размножения. Кроме того, мозг – это самая настоящая примадонна, которая требует особого обращения. Он работает почти полностью на глюкозе (но может сжечь кетоны в крайнем случае). Нейроны, клетки серого вещества, которые отвечают за мышление и контроль всех систем организма, посылая и получая сигналы, мало занимаются мозгом. Вместо этого глиальные клетки (белое вещество), которые превосходят нейроны по количеству почти в 10 раз, выполняют большую часть вспомогательной работы, обеспечивая питательными веществами и выводя отходы. Большая часть работы, которую выполняет мозг, лежит полностью вне нашего сознательного опыта. Этот орган непрерывно занят отправкой и получением сигналов для регулирования и координации всех аспектов жизни, от температуры тела до размножения. Мышление составляет ничтожную долю его задач, и, следовательно, затраты на него невелики. Исследования, измеряющие расход энергии до и во время умственной деятельности, обнаружили лишь незначительное влияние на обмен веществ. Когда опытный шахматист играет с превосходящим противником (компьютерной программой) и занят сложной мыслительной задачей, скорость его метаболизма увеличивается всего лишь на 4 ккал в час, что эквивалентно энергии одного драже M&M’s. В то время как мыслительный процесс не очень энергозатратный, обучение, наоборот, обходится «дороже». Нейроны с их извилистыми дендритами и аксонами, вытянутыми подобно ветвям дерева, образуют связи (называемые синапсами) с другими клетками, чтобы создать новые нейронные сети. Мозг формирует, укрепляет и сокращает синапсы на протяжении всей жизни (это происходит прямо сейчас, когда вы формируете новые воспоминания при прочтении этой книги). Однако самый активный период – это детство, когда мы как губки впитываем всю новую информацию об окружающем мире. Работа Кристофера Кузавы и его коллег показала, что у детей в возрасте от трех до семи лет на мозг приходится более 60 % СОО, что в 3 раза больше, чем у взрослых. В эти ранние критически важные годы в орган поступает так много энергии, что она фактически замедляет рост остальных частей тела. За пределами основного обмена С учетом того, что все органы работают круглыми суткам, неудивительно, что основной обмен составляет большую часть калорий, которые вы сжигаете каждый день. А это около 60 % для большинства из нас. Тем не менее это всего лишь минимальный расход – энергия, затраченная во время отдыха. Конечно, жизнь редко бывает комфортной и спокойной. Мы родились не для того, чтобы целыми днями валяться в постели. Наши тела созданы для того, чтобы вести активный образ жизни, бороться с инфекциями, жарой и холодом, расти и иметь детей. Терморегуляция Благодаря эволюции у млекопитающих и птиц теплые тела. Мы сжигаем намного больше энергии каждый день, чем рептилии, рыбы и другие холоднокровные животные, и этот ускоренный обмен веществ позволяет нам расти и размножаться быстрее (см. ниже). Но есть одна загвоздка: сложная метаболическая система химических реакций, которая поддерживает в нас жизнь, должна находиться в узком диапазоне температур. Если температура тела отклоняется от нормы (37 °C) всего на несколько градусов, мы можем умереть. У всех птиц и млекопитающих есть своя термонейтральная зона – диапазон температур окружающей среды, в которой температура тела поддерживается без каких-либо усилий. Для людей она находится примерно между 24 °C и 34 °C. Если вам кажется, что это много, то только потому, что вы, вероятно, не очень часто ходите обнаженными. В деловой одежде (рубашка на пуговицах, брюки, пиджак) этот показатель понижается и составляет между 18 °C и 24 °C. Наверное, именно такую температуру вы поддерживаете в своем доме. Люди являются мастерами создания комфортной микросреды рядом с кожей, используя одежду. Наша естественная теплоизоляция, жир, также может сдвинуть термонейтральную зону. Для взрослых, страдающих ожирением, этот диапазон на пару градусов ниже, чем у людей без избыточного веса. Когда мы замерзаем, у тела есть два способа генерировать больше тепла. Во-первых, можно сжигать особый тип жира, называемый бурым, который составляет крошечную долю жира в теле. Он создает тепло, изменяя систему переноса электронов в своих митохондриях: протоны, изолированные в межмембранном пространстве, могут просачиваться обратно через мембрану, не производя АТФ. Энергия, которая была бы захвачена в АТФ, выделяется в виде тепла. У людей в Арктике, как правило, примерно на 10 % более высокая скорость основного обмена, чем у тех, кто живет в теплом климате, что, вероятно, частично связано с активностью бурого жира. Второй способ получения тепла – это дрожание, которое является просто непроизвольным сокращением мышц. Несильные воздействия, такие как пребывание в шортах и футболке в комнате с температурой 18 °C, могут ускорить метаболизм на 25 % в сравнении с обычным показателем СОО (это дополнительные 16 ккал в час для большинства из нас). При сильном холоде дрожь может привести к тому, что обмен веществ в состоянии покоя ускорится в 3 раза, а это гораздо больший эффект, чем при сжигании бурого жира. Метаболическая система химических реакций в организме человека очень сложна и должна находиться в узком диапазоне температур. Перегревание также может привести к летальному исходу. Люди эволюционировали, чтобы справиться с жарой, став самыми потными животными на планете. Однако энергетические затраты на потоотделение не были тщательно измерены. Скорее всего, они очень маленькие. Главное при борьбе с жарой, по-видимому, – поддерживать оптимальный уровень жидкости в организме и избегать теплового удара. Иммунная функция Как ясно показала всем нам пандемия COVID 19, мир полон опасных патогенов. Но легкий доступ к эффективной медицинской помощи – один из триумфов цивилизации – привел к своего рода культурной амнезии. Мы склонны забывать, насколько страшны инфекционные болезни. В племени хадза и в других обществах охотников и собирателей 4 из 10 детей умирают от острых инфекций еще до 15 лет. Родители в развитых странах, имеющие наглость отказывать своим детям в лекарствах и вакцинах, должны поговорить с некоторыми матерями хадза. Наш организм постоянно атакуют бактерии, вирусы и паразиты, которые жаждут попасть внутрь и использовать его как бордель. В грязном органическом мире за пределами наших стен, вдали от сантехники и дезинфекции, болезни неизбежны. У меня есть приятель, который работает в глубоких тропических лесах Индонезии и изучает там орангутангов и гиббонов. Вдохновленный наблюдателями за птицами, ведущими учет всех видов, которые они видели за годы работы, он создал список всех тропических болезней, которыми когда-либо болел. И это перечень совсем не короткий. После возвращения с полевых выездов он неизбежно пропивает курс «Фрагила», чтобы убить всех микробов, которые заполонили его кишечник. Принимая препарат, нельзя употреблять алкоголь. А это для моего приятеля – самая неприятная часть возвращения из тропических лесов. Для того, чтобы побороть инфекцию, клетки иммунной системы размножаются и производят широкий спектр молекул. Вся эта метаболическая работа сжигает калории. Исследование двадцати пяти американских студентов, обратившихся в поликлинику, показало, что во время заболевания скорость основного обмена у них была в среднем на 8 % выше, чем обычно. Примечательно, что из эксперимента исключали мужчин, у которых была лихорадка. Повышение температуры тела при борьбе с инфекцией – древняя защитная реакция всех млекопитающих – еще больше увеличивает этот показатель. Майкл Гурвен и его коллеги, работающие с жителями сельских районов Боливии, измерили ежедневные затраты на иммунную защиту в тех популяциях, у которых нет доступа к антисептическим преимуществам современного мира. Племя цимане живет в маленьких отдаленных деревушках в тропических лесах Амазонки. Они ведут многоукладное хозяйство: охотятся и собирают дикорастущую пищу, а также выращивают бананы, рис, маниок или кукурузу вручную. Некоторые представители племени, которые живут ближе к городам, зарабатывают деньги ручным трудом. Все они постоянно находятся на открытом воздухе в лесу и у реки, взаимодействуют с природным миром и множеством бактерий, вирусов и паразитов, которые так и норовят найти себе хозяина. Неудивительно, что уровень заболеваемости очень высок. Около 70 % населения имеет паразитарную инфекцию (обычно глисты), и количество лейкоцитов (клеток иммунной системы, используемых организмом для борьбы с инфекцией) у них в десять раз больше, чем у взрослых американцев. Вся эта деятельность иммунной системы требует энергии. Скорость основного обмена взрослых членов племени цимане на 250–350 ккал в день выше, чем у представителей промышленно развитых стран. Чрезмерные энергетические затраты на борьбу с инфекцией могут иметь серьезные последствия для роста детей. Сэм Урлахер, молодой доктор наук в моей лаборатории в Дьюкском университете, на протяжении многих лет работал с детьми племени хиваро, проживающем в Эквадоре. Их повседневность очень похожа на жизнь цимане: охота, собирательство и простое земледелие в тропических лесах Амазонки. В обоих племенах наблюдается высокий уровень заболеваемости. Сэм обнаружил, что у детей от пяти до двенадцати лет скорость основного обмена примерно на 200 ккал в день выше, чем у детей в США и Европе – различие примерно на 20 %. И потребность организма в энергии для борьбы с инфекцией буквально крадет силы, которые иначе пошли бы на рост. Когда иммунная система реагирует на патоген, она производит ряд молекул (иммуноглобулины, антитела и другие белки), которые циркулируют в крови – предательские признаки сражений с бактериями, вирусами и паразитами. Сэм обнаружил, что дети хиваро, у которых к крови было обнаружено большее количество этих маркеров, росли медленнее, чем те, у кого их было меньше. Энергетическая «стоимость» иммунитета, с точки зрения калорий и роста, вероятно, является одной из главных причин того, что представители коренных народов, таких как хиваро, цимане и хадза, как правило, недоразвиты. Рост и воспроизводство Фундаментальный закон природы гласит: масса и энергия не могут быть созданы или уничтожены, а только перемещены и преобразованы из одной формы в другую. Создание человека ничем не отличается: будь то мать, вынашивающая ребенка, или растущие дети – рост требует пищи и энергии. Точнее, энергетическое содержание новой ткани должно быть равно энергетическому содержанию питательных веществ, используемых для ее построения. Так сколько же «стоит» килограмм массы тела? Организм человека построен из белков, жиров и углеводов – тех же макронутриентов, которые мы едим. Энергетическая ценность этих строительных блоков такая же, как и в пище: 4 ккал на грамм углеводов (как гликоген) или белков (как мышцы), 9 ккал на грамм жиров. Живая ткань также включает большое количество воды (около 65 %), которая не содержит калорий. По мере того, как дети растут, содержание энергии в новой ткани, которая представляет собой смесь примерно 75 % мышц и 25 % жира, достигает около 3300 на кг. К этому мы должны добавить энергию, затрачиваемую для выполнения работы по усвоению питательных веществ из пищи и превращения их в ткани, что составляет около 1500 ккал на кг. «Стоимость» роста, таким образом, составляет около 4800 ккал за кг. Создание новых тканей тоже требует энергии. Добавление более высокой доли жира «стоит» дороже, а мышц – дешевле, потому что содержание энергии в жире превышает количество калорий в белке более чем в 2 раза. Один из способов увидеть эту разницу – посмотреть на энергию, сжигаемую при похудении, – зеркальное отражение роста. Энергия, которую мы тратим на похудение, должна быть равна этому показателю в ткани, которая была потеряна. Поскольку ткани, которые мы теряем во время похудения, в основном состоят из жира, можно вывести такое общее правило: чтобы сбросить один килограмм веса, требуется сжечь около 7700 ккал. Масса и энергия не могут быть созданы или уничтожены, а только перемещены и преобразованы из одной формы в другую. Для матерей затраты на рост составляют лишь часть расхода на беременность и кормление грудью. Новорожденный ребенок весит в среднем 3– 3,5 кг. И, чтобы вырастить такого его в утробе, матери нужно сжечь примерно 17 000 ккал. Но к этому также нужно добавить и энергетические затраты на вес женщины во время беременности (типичный прирост массы тела составляет около 10–13 кг). К тому же нельзя забывать о том, что у матерей есть ежедневные метаболические затраты на поддержание всей этой новой ткани – плода и своей собственной. Именно поэтому общая энергетическая «стоимость» здоровой девятимесячной беременности составляет около 80 000 ккал. Это на 27 % больше энергии, чем обычная женщина племени хадза тратит на ходьбу в течение года. Уход за ребенком обходится еще дороже. Производство молока для матерей, чьи дети находятся исключительно на грудном вскармливании (никаких других продуктов питания), «стоит» около 500 ккал в день, а в год – 180 000 ккал – больше, чем пеший туризм по Аппалачской тропе. Часть этой энергии поступает из жировых запасов, накопленных во время беременности (7700 ккал на каждый потерянный килограмм). И, как и во время вынашивания плода, большая часть ее питает основной обмен ребенка, а меньшая идет на рост новых тканей. Игра жизни Но если рассматривать рост и воспроизводство исключительно как издержки, то упускается фундаментальный факт: калории не просто расходуются, они инвестируются. Что касается эволюции, то жизнь – это игра по превращению энергии в потомство. Чем больше энергии затрачивается на размножение, тем больше потомство, и именно так можно выиграть эту гонку: создать следующее поколение с большим количеством ваших генов, а не чьихлибо еще. Больше энергии, затраченной на рост и размножение, может также дать более крепкое потомство, то есть такое, у которого еще больше шансов на выживание и дальнейшее размножение. Любые другие затраты – иммунная защита, работа мозга, пищеварение – имеют смысл только в той мере, в какой в долгосрочной перспективе улучшают способность направлять энергию на воспроизводство. Поэтому неудивительно, что наше развитие – темп роста, размножение и старение – тесно связаны с обменом веществ. Два больших скачка в метаболической эволюции, от холоднокровных рептилий к теплокровным птицам (эти два события не зависели друг от друга) и к млекопитающим, были непосредственно связаны с изменениями темпа роста и размножения этих животных. Млекопитающие и птицы развили ускоренный метаболизм, сжигая в десять раз больше калорий в день, чем их предки рептилии. В каждом случае этому радикальному метаболическому ускорению благоприятствовал естественный отбор, поскольку благодаря ему увеличивалось количество энергии, затрачиваемой на рост и размножение. Млекопитающие растут в пять раз быстрее рептилий и тратят на размножение примерно в четыре раза больше энергии. Птицы имеют столь же высокие темпы роста и воспроизводства. Природа играет в шахматы, а не в шашки. В игре жизни существует столько же выигрышных стратегий, сколько и видов на планете. Лучший вариант зависит от условий среды и от стратегий тех, кто вас окружает. Высокоэнергетические стратегии имеют очевидные преимущества, но низкоэнергетические с минимальным риском тоже могут привести к победе. Так, рептилии, рыбы, насекомые и другие холоднокровные представители животного мира с замедленным метаболизмом остаются невероятно успешными, несмотря на прогресс млекопитающих и птиц. У самых ранних представителей нашей ветви развития, приматов, метаболизм намного медленнее, а жизненный цикл длиннее. И такое изменение произошло около 65 миллионов лет назад (см. Главу 1). Это оказалось очень хитрым ходом. Темпы кратковременного рос та и размножения снизились, но более медленный метаболизм также растягивал продолжительность жизни и приводил к успешному размножению. Приматы уступили в спринте, но выиграли марафон, став одним из самых эффективных и плодовитых представителей млекопитающих. Скорость обмена веществ также формирует жизненный цикл в отдельно взятой группе. Для каждой из основных групп позвоночных – плацентарных млекопитающих (приматов и других), сумчатых, пресмыкающихся, птиц, рыб, амфибий – скорость метаболизма растет с увеличением размеров тела (см. Рис. 3.2). Так же, как мы видели на примере скорости основного обмена человека ранее, количество калорий в день резко повышается у мелких животных, а вот у более крупных видов, наоборот, снижается. Это так называемый метаболический закон Клайбера, названный в честь швейцарского диетолога Макса Клайбера, который вместе с другими исследователями описал взаимосвязь между скоростью обмена веществ и массой тела в 1930 х годах. Используя измерения скорости основного обмена для целого ряда видов, Клайбер утверждал, что скорость метаболизма пропорциональна массе организма в соотношении 3/4. С момента этого предположения прошло почти столетие, и теперь мы также знаем, что этот принцип верен для общих ежедневных энергетических затрат, а не только для скорости основного обмена. Кривая показаний для каждый группы различается – например, график рептилий находится ниже, чем млекопитающих, но все они имеют показатель степени (форму кривой) около 0,75, как показано на Рис. 3.2. Как мы видим на Рис. 3.2, суточные затраты энергии зависят от размера тела: более крупные животные сжигают больше калорий в день. Рис. 3.3. Суточные затраты энергии у млекопитающих, птиц, приматов и рептилий, не являющихся приматами (НП - Неприматы – это животные, которые не имеют признаков, свойственных приматам. К этой группе относятся птицы, пресмыкающиеся и земноводные. Некоторые млекопитающие также считаются неприматами). Птицы и млекопитающие неприматы (НП) тратят гораздо больше энергии каждый день, чем приматы, сумчатые и рептилии. Более крупные животные расходуют больше энергии каждый день (слева). Но мелкие животные сжигают гораздо больше энергии на кг, чем крупные (справа), согласно закону Клайбера. Виды с большими затратами энергии на кг, как правило, растут быстрее, размножаются активнее и умирают в более раннем возрасте, чем виды с меньшим расходом на кг. Приматы (включая человека) расходуют гораздо меньше энергии каждый день, чем другие млекопитающие, что соответствует их долгому жизненному циклу. Но показатель меньше 1 означает, что маленькие животные сжигают намного больше энергии на килограмм ткани, чем крупные. По причинам, которые до сих пор не вполне понятны науке, клетки мелких животных работают усерднее и сжигают калории быстрее. Каждая клетка мыши ежедневно тратит в десять раз больше энергии, чем клетка оленя. Темпы роста и воспроизводства можно описать теми же самыми характерными кривыми. У птиц, млекопитающих (приматов и других) и рептилий скорость роста и размножения становится больше с увеличением массы тела в степени 0,75 по шкале Клайбера, начиная от 0,45 до 0,82 (Рис. 3.2). Это означает, что при своих размерах тела маленькие животные растут и размножаются быстрее, чем более крупные. Самка северного оленя весом 100 кг рожает одного 6 килограммового детеныша каждый год, что эквивалентно 6 процентам ее собственного веса тела. За это же время самка мыши весом в 25 г производит на свет пять раз по семь детенышей, что эквивалентно 500 процентам массы ее тела. Эта разница вполне соответствует десятикратно более высокой скорости клеточного метаболизма мыши. Темпы роста сравниваются таким же образом. Мыши вырастают в тридцать раз больше своего веса при рождении всего за сорок два дня, а северные олени – в пятнадцать раз, и это занимает у них почти два года. Скорость обмена веществ – не единственное, что определяет темпы роста и размножения, но она, несомненно, задает определенные рамки. Миллиард ударов сердца Скорость обмена веществ также, по-видимому, определяет, сколько времени мы живем. Когда мы смотрим на собак, кошек, хомяков и других животных, то замечаем, что у всех видов разная продолжительность жизни. Хомяки счастливо живут три года, кошка может дожить до 15 лет. Мы, люди, можем спокойно рассчитывать на жизнь до 80 лет, и никто из нас не молится прожить два столетия, как гренландский кит. Вместо этого, даже если нам повезло избежать несчастных случаев и болезней, мы неизбежно умрем по «естественным причинам». Однако почему мы надеемся на такую смерть? И, главное, почему некоторые виды могут жить веками, в то время как другим отведено всего лишь несколько месяцев? Биология смерти – это область интенсивных и активных исследований, но ученые уже давно обнаружили главную закономерность (и она связана с метаболизмом): чем медленнее вид тратит энергию, тем дольше живет. И этому наблюдению уже много веков. Еще в 350 году до нашей эры Аристотель написал трактат «О долготе и краткости жизни», в котором сравнил жизнь с горящей свечой. Он писал: «…слабый огонь попутно сгорает в огне более сильном, ведь свою пищу (дым) он поглощает за долгое время, а сильный огонь – за короткое». Так как клетки более мелких видов тратят энергию быстрее, связь с метаболизмом также помогает объяснить, почему у них, как правило, более короткая продолжительность жизни. Аристотель ошибался в механизме (он думал, что животные стареют, потому что высыхают) и, конечно же, не имел ни малейшего представления о том, что такое закон Клайбера. Однако даже то, что древнегреческий мыслитель в целом об этом писал, говорит нам о том, что предположение о том, что смерть неразрывно связана с обменом веществ, существовало уже в Античности. Макс Рубнер, один из главных представителей науки о метаболизме в конце XIX и начале XX века, был первым, кто объединил эти фрагментарные предположения в последовательную теорию обмена веществ и старения. Сравнивая скорость метаболизма и продолжительность жизни морских свинок, кошек, собак, коров и лошадей, ученый заметил, что общая энергия, затрачиваемая на грамм ткани в течение жизни животного, была почти постоянной, несмотря на огромные различия в размерах тела и скорости обмена веществ. Рубнер предположил, что клетки имеют некоторый внутренний предел на расход энергии в течение жизни. Потратив все энергетические запасы, они умирают, как гаснет свеча, истекающая воском. Эта теория скорости «жизни» получила дальнейшее развитие и отстаивалась американским биологом Раймондом Перлом, одним из первых ученых в области старения в 1920 х годах. Гипотеза Рубнера была изящной и соответствовала ранним представлениям, но в итоге была опровергнута. Теперь, располагая большим количеством данных, мы знаем, что виды с одинаковой скоростью обмена веществ иногда имеют разную продолжительность жизни. И более быстрый метаболизм не обязательно означает более короткую жизнь. У маленьких птиц, например обмен веществ быстрее, чем у млекопитающих того же размера, но они все равно живут дольше. Еще более многообещающее объяснение очевидной связи между долголетием и метаболизмом появилось в 1950 х годах. Это была свободнорадикальная теория старения. Ее разработал Дэнхам Харман, американский исследователь в области медицины и химии, в 1950 х годах. Теория предполагает, что старение – это накопление повреждений, вызванных токсичными побочными продуктами окислительного фосфорилирования. В цепи переноса электронов, заключительном этапе образования АТФ в митохондриях (Глава 2), молекулы кислорода иногда превращаются в свободные радикалы (также называемые реактивными формами кислорода), которые представляют собой молекулы O2, потерявшие электрон. Эти мутанты ненасытны: они вырывают электроны из любого встречного, нанося «увечья» ДНК, липидам и белкам. И Харман утверждал, что старение – это накопление повреждений (иногда называемых окислительным, или оксидативным стрессом) от свободных радикалов. Поскольку эти вещества являются неизбежным побочным продуктом производства АТФ, скорость метаболизма клеток (которая также является скоростью производства АТФ) определяет, как быстро мы стареем и умираем. Свободнорадикальная теория старения также может стать объяснением тех случаев, когда скорость обмена веществ и продолжительность жизни расходятся. Существует целый ряд эволюционировавших механизмов нейтрализации свободных радикалов и устранения причиняемого ими ущерба. Но, как и любая физиологическая задача, они требуют энергии: ничто не дается даром. В зависимости от условий обитания виды могут эволюционировать, чтобы выделять больше или меньше энергии на противодействие окислительному стрессу. Мышь, находящаяся под постоянной угрозой стать жертвой большого количества хищников, развилась, чтобы направить больше энергии на воспроизводство сейчас и меньше на восстановление повреждений от свободных радикалов в будущем, которое может никогда не наступить. Воробей, с другой стороны, может иметь сходную скорость метаболизма, но, поскольку у него лучше получается уклоняться от атак, он эволюционировал так, чтобы направлять больше ресурсов на техническое обслуживание и ремонт и жить дольше. У свободнорадикальной теории старения есть изъяны. Во-первых, исследования потребления антиоксидантов у людей и других животных не всегда показывают ожидаемое влияние на продолжительность жизни. Трудности в поиске тесных, прочных связей между метаболизмом и долголетием заставили некоторых ученых сомневаться, что такие зависимости вообще существуют. При всей своей мрачной определенности смерть оказалась удивительно скользким предметом исследования в биологии. Окончательные ответы до сих пор не найдены. Тем не менее сходство между скоростью метаболизма и продолжительностью жизни трудно игнорировать. Эксперименты на обезьянах, мышах и других видах животных показали, что снижение скорости обмена веществ за счет уменьшения количества пищи приводит к увеличению продолжительности жизни, а аналогичные исследования ограничения количества калорий у людей дали многообещающие результаты. Разная продолжительность жизни млекопитающих, птиц и рептилий согласуется с тем, что мы ожидаем от различий в скорости метаболизма, связанных с размерами особей. Клетки мышей сжигают энергию в 10 раз быстрее, чем клетки северных оленей, и их жизнь примерно в 10 раз короче (даже когда они умирают от естественных причин). Как мы обсуждали в Главе 1, приматы сжигают только половину того количества калорий в день, что сжигают другие плацентарные млекопитающие (Рис. 3.3), что прекрасно объясняет долгую жизнь, которой наслаждаются люди и остальные приматы. Иные виды, которые тратят мало энергии, тоже живут долго. Холоднокровные гренландские полярные акулы могут жить четыреста лет. Как и в случае с темпами роста и размножения, метаболизм – не единственный фактор, влияющий на продолжительность жизни животных, но, похоже, именно он определяет общие закономерности. Чем медленнее определенный вид тратит энергию, тем дольше живет. Независимо от того, является ли корреляция между обменом веществ и смертностью случайной или (как я подозреваю) существует более глубокая связь, что-то странное и удивительное возникает из того, как продолжительность жизни и скорость метаболизма меняются в зависимости от размеров животных и их принадлежности к определенным группам. Сердце должно перекачивать достаточное количество крови во все ткани организма, чтобы удовлетворить потребность в питательных веществах и кислороде. Поэтому частота сердечных сокращений (ударов в минуту) соответствует скорости клеточного метаболизма: она выше у мелких видов и ниже у крупных. Но, поскольку мелкие животные также умирают раньше крупных, общее число ударов сердца в течение жизни одинаково у всех видов: от крошечных землероек до могучих китов. Нам всем отводится около миллиарда ударов сердца (плюс минус несколько сотен миллионов). И нет, вы не можете предотвратить смерть, нормируя сердцебиение. На самом деле, повышение частоты сердечных сокращений с помощью физических упражнений – один из самых верных способов прожить дольше (Глава 7). Дьявольская арифметика ежедневного расхода энергии Учитывая затраты на ходьбу, бег, переваривание пищи, дыхание, размножение и все остальное, что так хорошо изучено, вы можете подумать, что вычисление общих ежедневных энергетических затрат – простая арифметическая задача: нужно просто вычислить скорость основного обмена и добавить расход на ежедневную деятельность. Это было бы хорошей идеей, но вы все равно оказались бы неправы. На самом деле, ежедневные затраты энергии на удивление трудно определить, и после более чем полувека попыток мы все еще ошибаемся. Проблема, как мы начали обсуждать в Главе 1, заключается в том, что тело человека – это не просто машина. Наши метаболические двигатели – это динамические, адаптивные продукты эволюции. Ежедневный расход калорий – это не просто сумма всей затраченной энергии. Самый простой взгляд на метаболизм был присущ представителям послевоенной эпохи в Соединенных Штатах и Европе. Из-за широко распространенного голода и последствий ужасных зверств, с которыми пришлось столкнуться во время Второй мировой войны, исследователи хотели установить ежедневные потребности людей в пище и полезных элементах. В их распоряжении было множество данных об энергозатратах человека; такие люди, как Фрэнк Бенедикт и его коллега Дж. Артур Харрис, собирали большие массивы данных с начала XX века. Но, к сожалению, еще ни одному ученому не удалось вычислить общий ежедневный расход энергии, действительно важный показатель, потому что никто так и не придумал, как его определить. Вместо этого у них были измерения скорости основного обмена. Все знали, что это всего лишь один компонент общих энергозатрат, но все остальное так и оставалось загадкой. Поэтому ученые начали делать то, что у них получается лучше всего, – гадать. Используя лабораторные измерения энергетических затрат на различные виды деятельности, диетологи Всемирной организации здравоохранения установили предполагаемые рамки для ежедневного расхода. Во-первых, они оценивали скорость основного обмена человека, отталкиваясь от веса, роста и возраста, используя уравнения, аналогичные приведенным выше. Затем выясняли, что он делает на протяжении дня: как долго спит, сколько часов ходит, сидит, работает и выполняет другие задачи. Каждому виду деятельности присваивалась энергетическая «стоимость», выраженная в виде некоторого кратного скорости основного обмена показателя, называемого коэффициентом физической активности (КФА). Он по существу совпадает со значениями MET в Таблице 3.1. Комбинируя ежедневный график деятельности с затратами энергии на каждую из них, они получали средний суточный уровень затрат, выраженный в виде некоторого кратного базального уровня метаболизма. Например, если человек потратил двенадцать часов на сон (1,0 КФА) и столько же на стирку и другую легкую домашнюю работу (2,0 КФА), его средний расход за двадцать четыре часа составил 1,5 КФА, или в полтора раза больше скорости его основного обмена. Умножьте 1,5 на приблизительную скорость основного обмена – и вы получите количество энергии, которое тратит человек в день. Этот подход, называемый факторным анализом, был грубым, но, казалось, давал разумные результаты. И он до сих по широко используется. Именно его применяет Всемирная организация здравоохранения для определения ежедневных потребностей в калориях для населения, с которым работает. И именно этот подход – а точнее простая математика – лежит в основе каждого онлайн калькулятора, который оценивает ежедневные потребности в калориях, исходя из рос та, веса, возраста (для оценки основного обмена) и уровня физической активности (для присвоения среднего дневного номинального значения). Спустя десятилетия результаты факторного анализа остаются именно тем, чем всегда должны были быть: хорошей догадкой. Подобные оценки ежедневного расхода в некотором смысле правильны, потому что скорость основного обмена можно предсказать, зная массу тела и возраст. Этот показатель составляет большую часть энергии, затрачиваемой каждый день, поэтому, если у вас хорошая СОО, то и общие показатели количества энергозатрат у вас будут высокими. Однако результаты, полученные благодаря факторному анализу, скрывают главный недостаток этого исследования. Метод предполагает, что ежедневные затраты энергии – это просто сумма скорости основного обмена и расхода на физическую активность и пищеварение. Эта точка зрения стала настолько общепринятой и широко распространенной, что трудно посмотреть на это с какой-то другой стороны. Это то, чему учат каждого студента, изучающего питание и метаболизм, что усваивает любой начинающий врач в медицинском институте, и самый главный принцип всех программ похудения. Как мы обсудим в Главе 5, все не так просто – по крайней мере в долгосрочной перспективе. Суть в том, что ежедневный уровень активности практически не влияет на количество калорий, которые вы сжигаете в сутки. Ненадежность опросов Следующее крупное открытие в области энергетических затрат оказалось провальным и вернуло нас на шаг назад. А все началось с очень простого предположения: если мы хотим знать, сколько пищи люди едят каждый день, давайте просто спросим их! Это казалось достаточно разумным (вы ведь можете вспомнить, чем ужинали вчера, не так ли?), и можно было собрать данные о миллионах людей почти без каких-либо усилий. Нет необходимости узнавать рост, вес и возраст, отслеживать ежедневную активность, вычислять номинальные значения или что-то в этом роде. Просто попросите заполнить анкету. Эта идея не совсем абсурдна. Поскольку многие люди большую часть времени находятся в балансе (количество потребляемых калорий соответствует расходуемым), получение надежных данных о потреблении пищи в принципе могло помочь измерить ежедневные энергетические затраты. Но, как и большинство случаев, зависящих от человеческой честности и самосознания, этот метод изначально был обречен на провал. Оказывается, люди практически не следят за тем, что едят. Когда вы просите кого-то заполнить анкету об их питании, готовьтесь к тому, что ответы будут очень ненадежными. Это все равно что спрашивать людей, сколько раз у них возникали грязные мыслишки о Бреде Питте – никто не ответит честно. В недавнем исследовании, проведенном с участием 324 мужчин и женщин в пяти странах, взрослые занижали фактическое потребление еды в среднем на 29 %. Это равносильно одному забытому приему пищи в день. Кроме того, полученные данные не давали никакой возможности отследить расход энергии. Потребление энергии, о котором сообщали испытуемые, никак не отражало затраты в целом. Анкеты о рационе питания – это просто генераторы случайных чисел, и данные, которые исследователи получают о ежедневном количестве калорий, бесполезны. Единственное, что может быть хуже, – это относиться к этой информации как к реальным показателям и создавать на ее основе программы питания. В 1990 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) основало национальную программу общественного питания, которая базировалась на результатах опросов о рационе. В настоящее время вводятся новые правила, которые потребуют маркировки упаковки пищевых продуктов, и FDA хотело бы размещать на этикетках некий ориентир для ежедневного потребления энергии. Основываясь на данных программы «Национальное обследование здоровья и питания», ученые выяснили, что женщины сообщают о потреблении от 1600 до 2200 ккал в день, а мужчины – от 2000 до 3000. Это означало бы, что общее среднее значение для взрослого человека составляет от 2000 до 2500 ккал в день. Чтобы предотвратить переедание и вместе с этим работать с более удобным числом, ученые округлили значение до 2000, и эти показатели до сих пор актуальны. Теперь вы знаете, кто заставил вас верить в то, что диета типичного американца составляет 2000 килокалорий. Хвала Натану Лифсону В 1950 х годах, примерно в то же время, когда ученые разрабатывали факторный анализ, Натан Лифсон, физиолог из Миннесотского университета, исследовал совершенно другой подход к расчету ежедневных энергетических затрат. Период обучения в аспирантуре совпал с крупными достижениями в области науки о метаболизме, сделанными Клайбером и его современниками, и поэтому, возможно, достаточно логично, что и Лифсон в итоге заинтересовался проблемой измерения ежедневных энергетических затрат. Чтобы понять прорыв ученого, нужно начать с того, что наше тело, по существу, представляет собой большой бассейн с водой (около 65 % – это Н2О). На самом деле, жидкость в организме человека подобна водоему с приливами и отливами. Атомы водорода и кислорода в нашем водном бассейне находятся в постоянном движении, они попадают в организм с едой и напитками и покидают его в виде мочи, кала, пота и выделений при дыхании. На ранних этапах работы Лифсон выяснил, что у атомов кислорода в водном бассейне нашего тела есть альтернативный способ покинуть его. Когда во время процесса метаболизма какой-либо молекулы на основе углерода (см. Главу 2) образуется углекислый газ (СО2), один из атомов кислорода в новой молекуле берется из воды, находящейся в организме. Затем этот атом выдыхается в виде СО2. В целом, суть, следующая: водород покидает организм в виде воды, а кислород может выходить него как вода или как углекислый газ. Лифсон пришел к выводу, что, если бы он мог отслеживать скорость выхода атомов водорода и кислорода из тела, то вычислил бы скорость производства CO2. А поскольку человек не может тратить энергию, не производя и не выдыхая углекислый газ (Глава 2), ученый понял, что, если бы он мог измерить скорость производства СО2, то вычислил бы расход энергии. А самое главное, испытуемым не придется сидеть взаперти в метаболической камере. До тех пор, пока он мог отслеживать скорость потока водорода и кислорода с помощью случайного образца мочи, участники исследований могли делать все, что угодно. Труднее всего было отследить атомы водорода и кислорода в форме воды. Лифсону пришла в голову идея использовать изотопы, которые являются атомами с нормальным числом протонов, но необычным количеством нейтронов. Например, у обычного кислорода восемь протонов и восемь нейтронов, тогда как у изотопа кислорода 18 – восемь протонов и десять нейтронов. Дейтерий – это изотоп водорода с одним нейтроном (у обычного водорода вовсе нет этих частиц). В воде, которую вы пьете каждый день, есть небольшое количество изотопов, и они не вредны. (Только некоторые изотопы радиоактивны: они испускают вредное излучение, когда распадаются на другие атомы.) Работая с мышами, Лифсон использовал эти изотопы, чтобы отследить поток атомов кислорода и водорода, когда они покидали тело. Изотопы действовали точно так же, как обычные атомы кислорода и водорода в организме, но он мог использовать их в качестве индикаторов. Если бы дейтерии составлял 10 % водорода в «бассейне» тела испытуемого в понедельник и только 5 % в среду, это означало бы, что половина меченой воды покинула организм и уже была восполнена обычной. Затем он мог использовать эти измерения для расчета скорости потери атомов водорода. Разница между этими двумя показателями должна была отражать уровень производства углекислого газа. Исследования, проведенные Лифсоном на мышах, показали, что изотопные измерения полностью соответствуют производству CO2, измеренному метаболической камерой. В 1982 году Лифсон опубликовал первое исследование с участием людей, проведенное методом дважды меченой воды. Поскольку человек не может сжигать калории, не производя углекислый газ, этот метод позволил точно и четко измерять ежедневные затраты энергии. И самое главное, испытуемым больше не нужно было сидеть в камере: до тех пор, пока они каждые несколько дней сдавали образцы мочи или крови для измерения уровня изотопов, люди могли заниматься обычными делами, делая все, что хотят. Лифсон изобрел невозможное: надежное средство измерения ежедневного расхода в повседневной жизни. Однако оставалось решить проблему цены. Количество изотопов, необходимых для измерения, пропорционально размеру тела. Это сделало эксперименты на мышах или других мелких животных относительно дешевыми, однако создало проблему при исследовании человека. В 1955 году количество изотопов, необходимых для взрослого весом 68 кг, стоило более 250 000 долларов в пересчете на сегодняшний курс. К 1970 м годам некоторые прогрессивные исследователи в области физиологии животных, такие как Кен Наги и Клаас Вестертерп, использовали метод Лифсона при изучении птиц и ящериц в дикой природе. Наги даже сотрудничал с приматологом Кэтрин Милтон, чтобы измерить ежедневные затраты энергии у диких обезьян ревунов. Но за исключением нескольких исследований на мелких видах, метод Лифсона так и не прижился. Потребовалось еще одно десятилетие, чтобы прогресс в производстве и измерении изотопов смог сделать цену на них более приемлемой. К 1980 м годам дейтерий и кислород 18 были достаточно дешевыми: стоимость составляла примерно 1 % от цены 1950 х или 60 х годов. 1980 е считаются периодом пандемии ожирения, и в это время исследователи стремились разработать метод измерения расхода энергии за стенами лаборатории. Дейл Шеллер, работавший в Аргоннской национальной лаборатории в Чикаго, наткнулся на работу Лифсона, когда изучал литературу об использовании изотопа кислорода 18 для измерения водного «бассейна» тела. Поняв, что технология и затраты изменились со времени открытия и что теперь можно сделать метод Лифсона экономически эффективным, Шеллер начал адаптировать его для применения на людях. В 1982 году он опубликовал первое исследование, проведенное методом дважды меченой воды, проведенное с участием людей. Именно так возникла новая область в изучении человеческого метаболизма. Вскоре стало понятно, что многое из того, что считалось известным об энергетических затратах, было неверным. Метод Лифсона привел науку о человеческом метаболизме в новую эру. Революционный метод дважды меченой воды Благодаря методу Лифсона – более известному как метод дважды меченой воды – мы наконец можем точно измерить ежедневные затраты энергии в повседневной жизни людей. Самые главные предикторы ежедневного расхода энергии – это размер и строение вашего тела. У крупных людей больше тканей, а чем больше клеток, выполняющих метаболическую работу, тем больше калорий сжигает человека. И, как мы уже знаем, некоторые органы и ткани тратят больше калорий, чем другие. Самое главное, жировые клетки расходуют намного меньше энергии каждый день, чем мышцы и другие органы. Если жировые клетки составляют большую часть веса тела, вы будете сжигать меньше калорий каждый день, чем человек, который весит столько же, но выглядит худее вас. Поскольку у женщин, как правило, больше жира в организме, чем у мужчин, они обычно сжигают меньше калорий каждый день, чем представители сильного пола с аналогичной массой тела. Я собрал данные сотен измерений методом дважды меченой воды у мужчин, женщин и детей в график ежедневных энергетических затрат в зависимости от массы тела (Рис. 3.4). Как видно из этих графиков, суточные затраты энергии (ккал в день) растут с увеличением массы тела (которая выражается в кг) криволинейным образом, подобно закону Клайбера, который оценивал затраты энергии в зависимости от размеров животных (Рис. 3.3). Уравнения на Рис. 3.4 дают надежные оценки ежедневных энергетических затрат для всех людей, от младенцев до долгожителей, от худых до полных. Вы можете использовать свой вес в соответствующем уравнении и рассчитать примерные ежедневные затраты энергии. Обратите внимание, однако, на функцию ln. Это означает, что вам нужно взять натуральный логарифм веса, прежде чем умножить результат на 786 (у женщины) или 1105 (у мужчины) и вычесть соответствующий коэффициент. Если ваши математические навыки не очень хороши, вы также можете просто предположить, каково ваше значение на Рис. 3.4, чтобы вычислить предполагаемые ежедневные затраты энергии. У женщины весом 63 кг расчетный ежедневный расход энергии составляет 2300 ккал, а для человека весом 72 кг – 3000 ккал. Влияние массы тела на энергетические затраты поразительно. Форма зависимости от него похожа на кривую закона Клайбера для разных видов (Рис. 3.3). Суточные затраты резко возрастают с увеличением массы тела у детей. Их клетки расходуют гораздо больше энергии каждый день, чем клетки более крупных и пожилые людей. Если вы когда-нибудь прижимали к себе ребенка и чувствовали, как бьется его сердце в крошечной груди, то понимаете, как напряженно работает его тело. Каждый килограмм обычного трехлетнего ребенка сжигает около 77 ккал в день. Это число неуклонно снижается в позднем детском и подростковом возрасте, достигая примерно 33 ккал на кг после 12 лет. Рис. 3.4. Суточные энергетические затраты человека (ккал в сутки). Толстые кривые линии тренда и уравнения дают ожидаемый ежедневный расход энергии в зависимости от массы тела. Чтобы определить ваши предполагаемые ежедневные затраты, найдите свой вес на горизонтальной оси x и проследите ее прямо вверх, до линии тренда. Затем следуйте по горизонтали влево до вертикальной оси y, чтобы найти предполагаемый энергетический расход энергии. Вы также можете использовать уравнения. Для детей весом менее 9 кг используйте график, сделанный для женщин. Каждая серая точка представляет собой средний вес и расход для одной из 284 популяций, результаты которых были получены с помощью метода дважды меченой воды. Вариативность очень важна. Нет ничего необычного в том, что ежедневные затраты человека отклоняются от ожидаемого значения на ±300 ккал в день. Более светлые линии показывают процентили расхода. Криволинейная зависимость между весом тела и ежедневным расходом энергии означает, что мы должны с осторожностью сравнивать затраты у разных индивидов. Часто люди (в том числе исследователи и врачи, которые должны это знать) просто делят затраты энергии на вес, чтобы сравнить скорость метаболизма людей разного веса. Предположение, лежащее в основе этого подхода, состоит в том, что затраты энергии на килограмм должны быть одинаковыми для всех. Но это так не работает. Поскольку соотношение между размером и энергетическими затратами так искривлено (Рис. 3.4), маленькие люди по своей природе сжигают больше энергии на килограмм, чем крупные. Именно так работают биология и арифметика. Если сравнивать ежедневные затраты энергии (или скорость основного обмена, если уж на то пошло), просто разделив скорость метаболизма на размер тела, мы получим ошибочное представление, что маленькие и крупные люди сильно отличаются, в то время как на самом деле это не так. Лучший способ узнать, имеет ли человек или популяция особенно быстрый или медленный метаболизм, – это изобразить их значения в виде диаграммы, подобной Рис. 3.4, и посмотреть, как они соотносятся с линией тренда. Это тот же самый подход, который педиатры используют, когда указывают рост или вес ребенка на диаграмме роста. Диаграмма (или, в нашем случае, Рисунок 3.4) позволяет увидеть, будут ли показатели выше или ниже среднего. Маленькие серые точки на Рис. 3.4 – это средние значения изученных показателей 284 популяций, состоящих из мужчин и женщин. Толстая черная кривая – это линия тренда для энергетических затрат: среднесуточных показателей для любой заданной массы тела. Как и в любом случае, половина населения имеет показатели выше линии тренда, а другая – ниже. Мы можем сказать, что у тех, чьи показатели выше линии тренда, более высокие, чем ожидалось, ежедневные затраты энергии. А у людей, чьи показатели ниже, более низкие ежедневные энергетические затраты. На Рис. 3.4 следует обратить внимание на величину изменения суточных энергетических затрат, даже после учета массы тела. Показатели многих популяций опускаются выше или ниже линии тренда – ожидаемого ежедневного расхода – на 300 ккал в день или более. Это грязный маленький секрет онлайн калькуляторов скорости основного обмена и ежедневных затрат энергии: существует множество вариаций в скорости метаболизма даже после того, как мы учитываем точный вес и пол. Когда вы получаете информацию о суточном расходе или скорости основного обмена таких образом – или если высчитываете показатели с помощью Рисунка 3.4, – нужно помнить, что к этой информации следует относиться скептически. Можно ошибиться на несколько сотен килокалорий. Идея о том, что у одних людей быстрый метаболизм, а у других медленный, – это не просто газетная утка. Это реальность. Мы привыкли думать, что понимаем, почему энергетические затраты людей различаются. Конечно, мы думали, что можно просто сложить килокалории, потраченные на физическую активность, функционирование органов, рост, терморегуляцию, пищеварение и прочее, и вычислить ежедневные энергетические затраты. И это, конечно, правда, что они должны включать все эти затраты. Но новый метод дважды меченой воды был настоящим озарением, заставившим увидеть реальную ситуацию. Вместо того, чтобы просто складываться, как счет за продукты на кассе, все части ежедневного расхода – физическая активность, рост, иммунитет и прочее – взаимодействуют и влияют друг на друга динамичными и сложными способами. Ежедневные затраты энергии – это не просто сумма ее частей. Новая наука о метаболизме человека Долгая история науки об обмене веществ сама по себе внушает доверие к ней. Истоки этого направления следует искать еще два столетия назад и обратиться к первым провидческим работам Лавуазье и его современников эпохи Просвещения. Золотая эра открытий, совершенных пионерами вроде двух Максов (Рубнера и Клайбера) и другими, была почти сто лет. Наиболее распространенные методы, используемые для оценки энергетических затрат – факторный анализ и диетологические исследования – существуют уже несколько десятилетий. Поэтому мы так уверены, что знаем все, что нужно, о том, как наши тела сжигают энергию. Но существует также и метаболическое разнообразие между индивидуумами, популяциями и видами. И устоявшиеся представления об энергетических затратах не могут их объяснить. В метаболических вариациях между видами, включая наш собственный, гораздо больше нюансов, чем описывает закон Клайбера. Люди и популяции отличаются друг от друга количеством энергии, которую сжигают каждый день, но простая арифметика факторного анализа не может в полной мере отразить того, что происходит с нашими телами. Почему люди сжигают от 2500 до 3000 ккал в день? Почему некоторые из нас тратят больше энергии, чем обычно при их телосложении, в то время как другие расходуют меньше? Какое воздействие на здоровье и долголетие оказывает обмен веществ? И как образ жизни, ежедневная физическая активность и питание влияют на энергетические затраты и метаболическое здоровье? Остальная часть этой книги посвящена этим важным вопросам. С твердым пониманием того, как работает метаболический механизм тела человека, описанный в двух последних главах, мы вступаем в новую эру открытий в науке об обмене веществ. Мы начинаем в не самом предсказуемом месте, в крошечной деревушке в Грузии, в предгорьях кавказских гор вдоль старого Шелкового пути. Глава 4. Как люди эволюционировали в самых дружелюбных, приспособленных и толстых обезьян как люди эволюционировали Неподходящее место Дманиси – это скромное, неприметное местечко, которое, однако, сыграло важную роль в эволюции человека. Это место было связано с моими исследованиями в области человеческого обмена веществ и отражало критически важный период в нашей метаболической эволюции. Здесь запечатлен уход из мира обезьян, первые эволюционные шаги к чему-то гораздо более человеческому. И секретным ингредиентом, который заставил все это работать, были изменения в том, как мы получали пищу и сжигали калории – изменения, с которыми мы все еще боремся сегодня. Все другие ископаемые останки гомининов (гоминины – подсемейство семейства гоминид, к которому относят человека разумного, шимпанзе, горилл, а также ряд вымерших групп) этого периода (около 2 млн лет назад) найдены в сухих засыпанных гравием пустошах Восточной и Южной Африки, которые знакомы любому, кто когда либо листал журнал National Geographic об ущелье Олдувай, Великой рифтовой долине или пещерах Южной Африки. Дманиси, напротив, пестрит зеленью, а сама Грузия, великолепная и гордая страна с богатой историей, загадочна и непонятна большинству людей за ее пределами. Тем не менее именно географическое расположение делает Дманиси таким важным объектом. Человек отделился от линии шимпанзе и бонобо примерно 7 миллионов лет назад (Рис. 4.1). Но в течение первых 5 миллионов лет наши предки оставались в Африке, ограниченные определенным ареалом обитания, где их обезьяноподобные стратегии выживания были эффективными. Затем, около 2 миллионов лет назад, мы вступили в новую стадию. Гоминины (подсемейство на человеческой ветви генеалогического древа обезьян; Рис. 4.1) стали достаточно умными и приспособленными, чтобы жить где угодно. Количество особей росло, они распространялись по всей Африке, а затем переселились в Евразию и таким образом заняли территории от Южной Африки до Марокко и Индонезии. Это был радикальный разрыв с обезьяньим прошлым и переход к чему-то гораздо более человеческому. В Дманиси мы обнаружили реликт того времени. Там была найдена самая ранняя окаменелость гоминина за пределами Африки, которой 1,8 миллиона лет. Камни и кости под землей – это первые наброски естественного отбора, которые позднее сделали нас людьми. И ключевым эволюционным преимуществом, которое принесло гомининам такой успех, подпитывая их глобальную экспансию, было изменение способа получения и сжигания калорий. Чужаки в чужой стране Ровно 1,85 миллиона лет назад произошло извержение огромного вулкана, который сотряс землю и перекрасил небо в черный цвет на несколько километров отсюда. Случилось это здесь, на холмах, на которых ютится деревня Патара Дманиси. Лава текла на многие километры вниз вдоль долины Машавера, заполняя одноименную реку. Протекая мимо небольшого притока Пасанаури, лава отступила в боковую долину и перекрыла еще одну реку. Остыв, она превратилась в черный базальт толщиной в полсотни метров. И когда река Пасанаури отступила за базальтовую плотину, образовалось озеро. Когда годы превратились в тысячелетия, произошло еще два других извержения, которые также заполнили небо пеплом. Животные, которые бродили по этому ландшафту, – вымершие виды страусов, жирафов, лошадей, газелей, саблезубых тигров, волков, медведей и носорогов – должно быть, задыхались и задавались вопросом (насколько это было в их силах), что, черт возьми, происходит. Пепел покрывал все вокруг, включая узкий мыс, зажатый между заполненной базальтом долиной реки Машавера и озером Пасанаури. Потом он стал почвой. Продолжительность жизни гоминин Дманиси была коротка: лишь редкие выходцы доживали до 30 лет. Несмотря на все это, отважный Homo erectus, ранний представитель человеческого рода, жил своей жизнью в холмистых лесах вокруг озера Пасанаури. Человек прямоходящий – это инвазионный вид (инвазионный вид (от лат. invasio – «нашествие, нападение, набег; насилие; насильственный захват») – вид, распространение которого угрожает биологическому многообразию. Первоначальная причина их распространения – задуманное или непреднамеренное расселение организмов за пределы мест их естественного обитания), который появился в Африке, а затем распространялся по остальному Старому свету в течение тысяч лет. Но никто из ранних представителей этого вида не имел ни малейшего представления о своем африканском происхождении или о том, что они родом откуда-то еще, кроме места своего появления на свет. Их мозг был размером с половину нашего, поэтому маловероятно, что они вообще задумывались о таких вопросах. При росте 150 см и весе 50 кг гоминины Дманиси были бы заманчивой мишенью для гиен, волков и саблезубых кошек, которые рыскали по лесу. Однако они держались, полагаясь на свой ум и простые каменные орудия, и чаще становились хищниками, а не добычей. На костях других животных на месте раскопок видны безошибочные выбоины и царапины от каменных орудий. Гоминины Дманиси и им подобные не были обезьяноподобными вегетарианцами, которые жили в африканских лесах в прошлом. Они были охотниками и собирателями. Считалось везением, если кто-то из них доживал до 30–40 лет. Большинство умирало намного раньше. Время от времени дождь смывал их тела в ближайший овраг, рядом с обглоданными и разбросанными останками других мертвых животных. В конце концов овраг заполнялся осадками, и позднее скелеты людей оказывались в нескольких метрах под землей. Одна эпоха сменяла другую, и реки Пасанаури и Машавера прорезали путь сквозь толстый базальт, возвращаясь в долины и оставляя за собой тонкую полоску хребта. Гоминины Дманиси к этому времени уже давно исчезли, и им на смену пришли следующие виды. Кажется вполне вероятным, что более поздние и крупные представители Homo erectus обитали в этих краях, хотя мы не нашли этому еще никаких подтверждений. Каменные орудия говорят нам о том, что неандертальцы разбили лагерь в нескольких километрах вниз, в долине, около сорока тысяч лет назад. Современные люди появились позднее. В первые века нашей эры на вершине мыса построили каменную церковь. Вокруг него вырос средневековый город с прочными стенами, и люди в нем процветали. Затем пришли орды захватчиков. Начиная с 1080 года нашей эры, они наводняли город каждые пару сотен лет, как монгольское иго. К пятнадцатому веку некогда величественный город был заброшен, и местность досталась крестьянам земледельцам из долины. Впервые о Дманиси как о месте, где могут быть важные для науки ископаемые, узнали случайно. На этом месте была обнаружена самая древняя стоянка гомининов за пределами Африки, в которой нашли прекрасно сохранившиеся окаменелости. Первый факт человеческого перемещения по земному шару был подтвержден именно здесь, на этом маленьком участке в предгорьях Кавказа. Внезапно Дманиси оказался в центре внимания человеческой эволюции. Когда я приехал в середине лета 2001 года, небольшая команда ведущих ученых работала над раскопками и реконструкцией того, как выглядела жизнь гоминидов Дманиси. Даже на самых интересных раскопках грязь – это просто грязь. Но с Дманиси все было по-другому – здесь было множество ископаемых и каменных орудий. Носороги, газели, лошади; полные черепа и другие кости, а не крохотные фрагменты, которые обычно попадаются на большинстве раскопок. Мы нашли еще один череп в самом конце моего первого сезона раскопок. Этот третий череп из Дманиси стал самым хорошо сохранившимся из всех останков человека прямоходящего, найденных когда-либо. Его обнаружили перевернутым в земле, его нёбо было обращено к небу. Большинство археологов никогда не находили крупных костей гомининов, и одиночные коренные зубы или фрагменты черепа уже считаются священными реликвиями. Великий Луис и Мэри Лики провели почти тридцать лет, прочесывая ущелье Олдувай, прежде чем нашли череп гоминина. А за три года команда Дманиси обнаружила целых три. Самый последний, вероятно, принадлежавший мужчине в возрасте около двадцати лет, был настолько совершенен, что тонкая, как бумага, глазничная поверхность верхней челюсти оставалась нетронутой. Когда я приехал в Дманиси второй раз, команда обнаружила еще один череп, четвертый в этом районе. Самой заметной его особенностью было отсутствие одной важной части: U образная челюсть, в которой должны были находиться зубы, была гладкой и округлой. Зубов не было. И они выпали, когда индивид, вероятно мужчина лет 30–40, был еще жив. То ли из-за болезни, то ли из-за преклонного возраста этот бедняга потерял все зубы и каким-то образом умудрился выжить, разжёвывая пищу мясистыми больными деснами. Резорбция зубных лунок была настолько сильной, что он, должно быть, прожил много лет без зубов. Это открытие вызвало очевидный вопрос. Как ему удалось выжить? Дикие растения и дичь невозможно прожевать деснами – для этого нужны зубы. Немногие плоды легко собирать, особенно если вы слабы. Как ему удалось продержаться так долго? Он был обязан своей жизнью, я полагаю, квинтэссенции человеческой адаптации, черте, которая сильнее всего выделяет нас среди наших обезьяньих родственников. Это поведение стало настолько характерным для человека, что мы редко задумываемся о нем. Тем не менее оно привело к революции, изменив способ получения пищи и расходования энергии. Дманисские гоминины делились друг с другом едой! Эгоистичные, ленивые вегетарианцы Люди являются частью надсемейства человекообразных обезьян, которые принадлежат к отряду приматов, т. е. млекопитающих. Ветвь приматов генеалогического древа млекопитающих впервые появилась примерно шестьдесят пять миллионов лет назад, после столкновения с астероидом и массового вымирания динозавров. Мел палеогеновое вымирание, как известно, опустошило всю Землю, но привело к процветанию приматов и других млекопитающих. Ранние приматы были неряшливыми животными размером с белку и жили на деревьях. Как и у современных представителей этого отряда, в том числе и у нас, у них были ловкие, цепкие руки с ногтями вместо когтей. Одна из убедительных теорий их происхождения заключается в том, что ранние приматы эволюционировали вместе с цветущими растениями, которые также начали развиваться после вымирания динозавров. Приматы приспособились к поеданию плодов этих растений, а те в свою очередь получили возможность распространяться по всей территории через экскременты животных. Более привлекательные фрукты (те, в которых было больше энергетических свойств) распространялись лучше и эффективнее. Естественный отбор дал начало своеобразному партнерству: эволюция отбирала самые мясистые и сладкие плоды, а приматы приспосабливались к их поиску и поеданию. Но этим далеким предкам мы обязаны не только своими руками и любовью к сладкому. Как говорилось в Главе 1, мои коллеги и я обнаружили, что приматы сжигают в 2 раза меньше калорий, чем другие млекопитающие. Такое можно наблюдать и сегодня, поэтому логично предположить, что этот метаболический сдвиг, должно быть, произошел очень давно. Ранние приматы играли в долгую игру. Снижение ежедневных энергетических затрат привело к замедлению темпа роста и размножения, но также увеличило продолжительность жизни. Вместо того, чтобы ограничивать репродуктивные возможности коротким промежутком времени (когда плохой год мог уничтожить большую часть уязвимого потомства), у приматов развилась более долговечная репродуктивная система, которая снижала последствия сезонов дефицита пищи. Более медленный рост также требовал больше времени для обучения в процессе развития, однако давал больше возможностей для инноваций и творчества. Во время написания этих строк я сижу за кухонным столом напротив четырехлетней дочери, которая ловко поедает хлопья и кусочки яблока, болтая о детсадовском возрасте и предстоящих школьных годах. Наша современная жизнь имеет очень глубокие корни. Метаболическая стратегия приматов была невероятно успешной. За миллионы лет они развились и образовали две основные ветки: лемуры и лори с одной стороны, и обезьянообразные – с другой. Примерно двадцать один миллион лет назад из второй ветви вырос новый побег – человекообразные, или гоминоиды (официальное название группы). Это был очень успешный ход эволюции. В течение пятнадцати миллионов лет они размножались и расселялись по Африке, Европе и Азии. Появились десятки новых видов. Затем, по причинам, которые остаются неясными, их судьба изменилась. Генеалогическое древо было подрезано эволюцией, и 6 миллионов лет назад мы потеряли почти все следы человекообразных в палеонтологической летописи. Сегодня сохранилась лишь горстка гоминоидных видов: шимпанзе, бонобо и гориллы в экваториальной Африке; орангутанги и несколько видов гиббонов («низшие приматы», как их небрежно и снисходительно называют в таксономии) в тропических лесах Юго Восточной Азии. Другим подсемейством человекообразных, которое выжило, было наше – гоминины. Около 7 миллионов лет назад в Африке популяция обезьян постепенно разделилась на 2 части. Первая должна была стать родоначальником шимпанзе и бонобо (эти два вида разделились гораздо позже; Рис. 4.1). Вторая стала родоначальником нашей линии, гомининами. Существует по меньшей мере столько же гипотез о причинах этого раскола, сколько и пьяных палеоантропологов, но к единому мнению так и не удалось прийти. Благодаря ископаемым мы знаем, что самые ранние гоминины ходили на двух ногах и у них были короткие, менее смертоносные клыки. В остальном они были очень похожи на обезьян: тела и мозг, как у шимпанзе; длинные руки и пальцы, цепкие ноги, чтобы карабкаться высоко по деревьям. Эта первая глава эволюции гомининов началась от 7 до 4 млн лет назад. По крайней мере, благодаря раскопкам нам известны 3 вида этого периода, и все они обитали в Африке. Только один из них, представитель рода ардипитек (Ardipithecus ramidus) из Эфиопии (или, как называют их любители археологии и антроплогии, Арди) изучен достаточно хорошо. Были найдены десятки окаменелостей и почти полный реконструированный скелет. Череп был размером с голову обезьяны, а пальцы ног – длинные и цепкие. Другие виды не так хорошо изучены. Самый древний – сахелантроп (Sahelanthropus tchadensis) – проживал на территории Чада. Исследователям удалось найти только его череп и несколько фрагментов скелета. Что касается орроринов из Кении, наоборот, найдены только кусочки костей конечностей и несколько зубов Orrorin tugenensis. Во время второго периода развития родословной гоминин мозг австралопитеков увеличился до 1 л – это в 3 раза меньше, чем у современного человека. Вы справедливо можете спросить: «Откуда ученые знают, что эти фрагментарные находки относятся к разным видам? Или даже что они вообще принадлежат гомининам, а не представителям какой-то другого семейства?» Поздравляю, вы только что изобрели область палеоантропологии. Кровавые подробности подобных исследований – тема другой, более обширной книги. Но достаточно сказать, что это тяжелая работа, требующая острого взгляда и энциклопедических знаний морфологических признаков различных таксономических групп. Неопределенность – это норма. Палеоантропологи обычно работают до изнеможения, изучая анатомические мелочи, которые отличают один ископаемый вид от другого. Или же вступают в споры на научных конференциях, пытаясь доказать, что их ископаемый вид является прямым предком людей, в то время как какой-то другой – просто тупиковая боковая ветвь (или даже вовсе не гоминин, ах!). Если вы хотите испортить день палеоантрополога, предположите, что гоминин, которого он нашел, назвал и которому посвятил всю жизни и научную карьеру, на самом деле является просто одним из представителей других видов, уже описанных ранее. О второй главе развития родословной гомининов (примерно от 4 до 2 млн лет назад) известно несколько больше благодаря большему количеству сохранившихся ископаемых. Это эпоха рода австралопитеков – знаменитой Люси (Люси – скелет женской особи австралопитека афарского, найденный французско-американской экспедицией во главе с Дональдом Джохансоном) и ее родни, австралопитеков афарских (Australopithecus afarensis). Палеонтологические данные говорят, что в течение этого периода появилось и исчезло несколько видов, у каждого из которых были свои анатомические особенности. Однако все же можно отметить некие общие тенденции у всех групп. Хватательная ступня ранних гомининов, таких как Арди, превратилась в стопу, гораздо более похожую на нашу, с большим пальцем, который обращен в одну сторону с другими. Это, наряду с изменениями таза, предполагает, что эти виды были более привычны к передвижению по земле и сжигали меньше калорий, чтобы ходить и, возможно, их пешие маршруты пролегали намного дальше, чем рисковали ходить обезьяны или самые ранние гоминины. Их зубы стали крупнее, а эмаль намного толще. У одного вида, который относят к парантропам, такая особенность была доведена до крайности. Отмечается, что их коренные зубы были в 5 раз больше наших, а скулы намного крупнее, чтобы управлять массивными жевательными мышцами. Есть даже свидетельства улучшения когнитивных способностей этого вида. Объем мозга у австралопитеков немного увеличился и стал составлять около литра – и все же это примерно в 3 раза меньше, чем у нас. Раньше считалось, что гоминины этого периода не были способны изобретать каменные приспособления и пользоваться ими, но в 2015 году исследователи сообщили о больших рудиментарных каменных орудиях возрастом 3,3 миллиона лет на севере Кении. Мы не знаем, для чего использовались эти громоздкие инструменты, представляют ли они собой широко распространенное явление или же были просто экспериментом. Однако исследователи все равно предполагают, что по крайней мере некоторые виды австралопитеков были немного умнее и находчивее, чем современные обезьяны, которые используют простейшие инструменты для ловли термитов или раскалывания орехов, но не умеют изготавливаться собственные каменные орудия. Рис. 4.1. Родословная человечества. Родословная гомининов является одной из подсемейств семейства человекообразных обезьян и включает в себя более десятка известных ископаемых видов, некоторые из которых показаны здесь. Х указывает на положение Дманисских гомининов. Охота и собирательство начинаются с рода Homo, что приводит к увеличению размера мозга и изменениям в питании и поведении (серый цвет: ранние доказательства; черный цвет: веские и все еще актуальные доказательства). Обратите внимание на изменение масштаба времени в пять миллионов лет. (Адаптировано по H. Pontzer [2017]. “Economy and endurance in human evolution.” Curr. Biol. 27: R613– 21.) И все же, при всем анатомическом разнообразии и намеках на творчество, эти гоминины были, скорее всего, обезьяноподобны с точки зрения метаболизма. Мы можем быть уверены в этом, потому что, как и современные приматы, первые виды гомининов были в основном вегетарианцами. Конечно, они могли иногда охотиться на мелкую дичь или нападать на термитники в поисках вкусного белка, как это делают шимпанзе и бонобо. Но один взгляд на их зубы и способность лазать по деревьям говорит нам, что Арди, Люси и другие получали подавляющее количество калорий из растительной пищи. Подобный рацион, свойственный обезьянам, в свою очередь, говорит нам, что этим видам не нужно было много ходить, чтобы найти еду. Общее правило экологии гласит, что травоядные не перемещаются на большие расстояния каждый день, потому что растений много и они не убегают, как дичь. Современные обезьяны редко преодолевают за день больше 2-3 километров. Но примерно 2,5 миллиона лет назад гоминины начали вести себя странно, не по обезьяньи. Вместо того, чтобы охотиться на случайного примата или маленькую антилопу, они стали нападать на гораздо более крупную дичь – зебр и других больших животных. Каменные орудия стали повсеместным явлением в Восточной Африке, а на окаменелостях животных в Кении и Эфиопии найдены признаки убийства. Мясо больше не было редким деликатесом, оно стало постоянной частью меню. Это был рассвет охоты и собирательства, начало третьей и последней главы эволюции гомининов и заря нашего рода, Homo. Но решающим когнитивным скачком была не охота или орудия труда – в конце концов, шимпанзе и бонобо тоже охотятся и делают инструменты, но это не привело к какому-либо радикальному изменению обезьяньих привычек. Важное новшество, которое изменит наш метаболизм и эволюционную судьбу, было не пищей, которую ели гоминины, а едой, которую они отдавали. Человек делящийся Первые слова в языке хадза, которые я запомнил, были «амайега» и «мтана», то есть приветствие и прощание. Третье слово, которое я выучил, – «за». «За» означает «давать». Чего я не мог понять, так это почему не было никакого ответа. Ничего не говорили в ответ – предмет, о котором шла речь, просто передавали. Где были все эти «вежливые» слова, к которым я так привык: «пожалуйста», «спасибо», «не за что»? И я очень недоверчиво относился к тому, что на самом деле у хадза не было таких слов. У них, конечно, есть понятия; есть слова для просьбы о помощи и для выражения благодарности. Но «пожалуйста спасибо», обязательность которых внушают детям с раннего возраста во всем западном мире, отсутствуют в их языке, когда речь идет об обмене чего бы то ни было. В каких других языках нет этих волшебных слов? Чем больше я видел, тем больше понимал. Давать – делиться – это не просто любезность в племени хадза. Это правило их жизни. Точно так же, как вы не говорите: «Спасибо, что не плюнули мне в лицо» всем, кто не плюет вам в лицо, они не утруждают себя словами «пожалуйста» и «спасибо», если с кем-то поделились. Это означало бы, что человек делает нечто большее, чем просто живет в соответствии с общественным договором. Волшебные слова нужны только в том случае, если есть шанс, что другой человек может отказаться. Но в их мире это так не работает. Быть членом племени хадза – значит отдавать. Каждый делится со всеми остальными. Всегда. Таково правило. Все, что вам нужно сказать, это «за». В 1950 х и 60 х годах исследователи эволюции человека (почти все мужчины, стоит отметить) начали обобщать имеющиеся данные из палеонтологической летописи гомининов, полевых исследований современных приматов и этнографических экспериментов в сохранившихся популяциях охотников собирателей. Это было захватывающее время, чтобы наконец задать вопрос: «Что делает нас людьми?» Эти области исследования не были еще хорошо изучены, однако достаточно работы было проделано, найдено много окаменелостей, чтобы выйти за рамки простых предположений и создавать синтезировать целостную, основанную на фактических данных реконструкцию нашего эволюционного прошлого. Начало движения исследований в этой области было ознаменовано знаковым симпозиумом 1966 года под названием «Человек охотник», результатом которого стала книга с таким же названием. Шовинистические нотки заметны уже в названии. Я не думаю, что это было намеренно, хотя это вряд ли имеет значение. Исследователи (опять же, почти все мужчины) были поражены тем, что они считали основными различиями между людьми и другими обезьянами: нашим мастерством и зависимостью от охоты и орудий труда. Они рассматривали все основные черты, которые делают человека уникальным, как эволюционные последствия этих ключевых инноваций. Это была очень перспективная точка зрения, хотя и не совсем новая. Сам Дарвин полагал, что люди обязаны «выдающимся успехом в борьбе за жизнь» охоте, утверждая, что «прародителям человека было бы выгодно… защищаться камнями или дубинками, нападать на добычу или иным способом добывать пищу». Феминистское движение 1960 х и 70 х годов и вопиющее отсутствие женщин в парадигме «мужчина охотник» привели к предсказуемым и столь необходимым коррективам. В 1981 году антрополог Фрэнсис Дальберг выпустила сборник эссе под названием «Женщина собирательница», в котором подчеркивался существенный вклад женщин в выживание популяций охотников и собирателей. В дополнение к незаменимым ролям матерей и бабушек, женщины в обществах собирателей неизменно обеспечивают общину едой и остальными вещами, необходимыми для процветания. Во многих культурах пища, собранная женщинами, дает более половины необходимых калорий. Более того, к концу 1960 х годов стало ясно, что шимпанзе иногда охотились и использовали орудия труда. Если охота и использование орудий труда не были уникальной чертой поведения человека, то трудно было утверждать, что именно они определили нашу уникальную эволюционную траекторию. Откровенно говоря, я думаю, что при акценте исключительно на мужском или женском вкладе упускается важнейший момент. Представители обоих полов вносят существенный вклад в общество охотников и собирателей, но ни того, ни другого недостаточно. То, что делает охоту и собирательство такими успешными, – это их соединение. Мы больше, чем просто мужчина охотник или женщина собирательница, – мы люди делящиеся. В отличие от нас, современные обезьяны почти никогда не делятся друг с другом. Конечно, матери всех видов иногда дают пищу своим новорожденным или детям. Орангутанги в дикой природе делятся пищей с маленькими детьми примерно 1 раз из каждых 10 приемов пищи, обычно это продукты, которые трудно найти. И это совсем не поведение «матери года», если мыслить человеческими категориями. У взрослых обезьян тоже не принято делиться. Гориллы никогда не делились пищей со взрослыми особями в дикой природе. Взрослые шимпанзе в сообществе Сонсо в лесу Будонго в Уганде делятся пищей примерно раз в 2 месяца, и многое из того, что считается «дележом», больше похоже на воровство. Бонобо активнее всех делятся между собой, однако даже это очень далеко от человеческой нормы. На стоянке Вамба в Конго японский исследователь Синья Ямамото обнаружил, что взрослые бонобо (в основном самки) делятся определенным большим и мясистым фруктом примерно в 14 % случаев. Для обезьян, несмотря на их сложные и продолжительные социальные отношения, характерно так называемое пищевое одиночество. Когда дело доходит до еды, они сами по себе. Следовательно, иногда приматы вынуждены идти напролом, чтобы получать достаточно пищи каждый день и не умереть с голоду. И охота на крупную дичь или попытка собрать больше, чем нужно, не приносят никакой пользы. Все, что они не могут засунуть в рот прямо сейчас, попросту выкидывается или будет украдено тем, кто вряд ли потом вернет этот долг. Это говорит о том, что наиболее распространенной едой для шимпанзе и бонобо являются обезьяны и дукеры (разновидность маленькой антилопы), на которых они охотятся, или большие плоды в джунглях Вамба. Эта пища не очень большая, но ее достаточно для того, чтобы ею можно было набить рот. Удачливый охотник обычно оставляет себе столько, сколько может, «делясь» объедками, чтобы утихомирить молящую надоедливую орду. Даже бонобо делятся едой только тогда, когда другая особь просит. Люди же – это социальные собиратели. Мы обычно приносим домой больше еды, чем нужно, с намерением разделить это внутри сообщества. Это означает, что мы воспринимаем общину как нашу спасательную команду: если кто-то приходит домой с пустыми руками, он не останется голодным. Это позволяет диверсифицировать и брать на себя риски, разрабатывать дополнительные стратегии добычи пищи – охоту и собирательство, – которые максимизируют потенциал больших выгод, ограничивая при этом последствия неудачи. Некоторые члены группы охотятся и время от времени приносят домой большую добычу, полную жира и белка. Другие собираются вместе, обеспечивая стабильный, надежный источник пищи, чтобы пережить дни, когда охотникам не везет. Это невероятно гибкая, адаптируемая и успешная стратегия. И в ее основе лежит нерушимое, железное, невысказанное понимание того, что мы делимся друг с другом. Умение делиться – это клей, который связывает сообщества охотников и собирателей вместе и дает им топливо, которое помогает выжить. Именно оно радикально изменило метаболическую стратегию гомининов. Обмен давал больше пищи, калорий, энергии для роста, размножения, мозга, активности… всего (см. Рис. 4.3). Благодаря методу дважды меченой воды я и мои коллеги обнаружили (см. Главу 1), что мы тратим примерно на 20 % больше энергии каждый день, чем шимпанзе и бонобо. Метаболическое преимущество перед гориллами и орангутангами еще больше. Эти лишние калории питают большой мозг, позволяет вести активный образ жизни и поддерживает большие семьи – то, что отличает нас от других обезьян и определяет нашу жизнь. И все это началось с охоты и собирательства, с первых представителей нашего рода, Homo, которые добывали больше, чем им было нужно, и делились излишками. Эта дополнительная энергия давала возможность гомининам, вооруженным примитивными каменными орудиями и обезьяньим мозгом, расселяться по всему земному шару, от Дурбана до Дманиси и дальше. Метаболическая революция Мы часто обсуждаем эволюцию с точки зрения физиологии, появления новых анатомических особенностей или изменения их форм. В конце концов, именно физические черты обычно сохраняются в палеонтологических данных. Но иногда именно поведенческие изменения являются двигателем прогресса. Возникают новые формы поведения, и организм приспосабливается. Рыбы начали кормиться на илистых отмелях у кромки воды, и у видов с самыми сильными плавниками и наиболее развитыми примитивными легкими, нужными для перемещения по этим лужам, улучшилась способность к размножению, затем произошел эволюционный скачок. Предки лошадей с ничем не примечательными зубами перешли от поедания мягких листьев к более жесткой траве. Те, у кого были более длинные зубы, жили дольше, потому что они стачивались медленнее. Спустя миллионы лет длинные зубы стали нормой для лошадей. (Вот почему вы можете определить возраст коня, заглянув ему в рот, чтобы увидеть, насколько сточены зубы – хитрый ход, если вы покупаете лошадь, но грубый, если это подарок.) Белые медведи начали плавать и нырять, чтобы охотиться, а затем у них развились перепончатые лапы. Все начинается с поведения, а потом развиваются новые физические особенности. Для того, чтобы в эволюции гомининов возобладал обмен, потребовался очень специфический набор обстоятельств: затраты на добычу большего количества пищи, которую особь могла съесть, не должны были превосходить выгоду от ее раздачи. Поиск дополнительной еды обеспечивал меньше калорий самому собирателю и больше кому-то другому – а это совсем не вписывается в концепцию естественного отбора, о которой говорил Дарвин. В той мере, в какой тот, с кем вы делитесь, связан с вами и является носителем схожих генов, его репродуктивный успех частично зависит от вас. Но так обобщать не совсем правильно: даже ваш ребенок разделяет только половину ваших генов. Затраты на добычу дополнительной еды должны быть низкими, а отдача получателя действительно сильной, чтобы обмен стоил того. Легко понять, почему ни одна другая обезьяна – на самом деле, почти ни один другой вид вообще – не додумался научиться делиться ради выживания. Несмотря на то, что это было маловероятно, около двух с половиной миллионов лет назад в популяции гомининов с мозгом, как у обезьян, проживающих где-то на востоке Африки, правильное сочетание окружающих условий, питания и поведенческих особенностей привели к тому, что делиться для них стало нормой. К сожалению, мы не знаем деталей этого процесса и не можем найти палеонтологических доказательств. Самые ранние неопровержимые доказательства того, что люди начали делиться между собой, – это вырезанные кости крупных животных, например зебр. Ни один гоминин не мог съесть парнокопытное в одиночку, как бы ни был голоден. А попытка поймать зебру, живую или мертвую, требует совместной работы – либо чтобы охотиться на нее, либо отпугивать других голодных хищников и падальщиков от трупа. Командная работа возможна только в том случае, если есть договоренность о разделе добычи. Возможно, обмен между гомининами возник в результате охоты, когда некоторые особи давали другим больше объедков, чем необходимо. Или, возможно, он появился как следствие такого типа поведения, как у самок бонобо в Вамбе, – они обмениваются друг с другом фруктами. Можно привести убедительные доводы в пользу того, что дикие клубни, дальние родственники картофеля и ямса в наших супермаркетах сегодня, были важной общей пищей на раннем этапе эволюции человека. Клубни являются основным продуктом питания для племени хадза и других сообществ охотников и собирателей по всему миру. Это настоящие крахмальные бомбы, которые трудно выкопать из земли маленьким детям, но что с легкостью могут сделать взрослые. Подобно тому как матери орангутанги склонны делиться пищей, которую их потомство не может получить самостоятельно, родители гоминины могли иметь привычку кормить клубнями детей. Возможно, пожилые женщины, которые уже не могли рожать, начали использовать материнский инстинкт, чтобы делиться пищей с дочерьми и внуками. Было ли это мясо, растительная пища или какая-то комбинация, странный акт добывания еды для других имел глубокие последствия для эволюции гомининов. Способность делиться привела к появлению более энергозатратных задач. Выживание и воспроизводство – двигатели естественного отбора – изменились и стали лучше. Делящие между собой гоминины и их родичи превзошли своих менее щедрых соседей. Мы – потомки этих ранних делящихся гомининов. Со временем физиология отреагировала на это новое поведение, ускорив обмен веществ, чтобы воспользоваться дополнительными калориями. Это была метаболическая революция (Рис. 4.3), и тогда она определила эволюцию нашего рода. Положительные отзывы и положительные процессы Точно так же, как обмен веществ отражает организованную деятельность всех систем тела, работающих вместе, метаболическая революция изменила каждый аспект нашей физиологии. Поскольку калории не превращаются в окаменелости, трудно определить, какие изменения произошли раньше. Первый признак ускорения метаболизма, который мы видим в палеонтологических находках, – это увеличение размеров мозга. Мозг – это энергозатратный орган, о чем мы говорили в предыдущей главе. У нас есть ископаемые гоминины, которым около двух миллионов лет, с мозгом почти на 20 % больше (то есть потребляющим на 20 % больше калорий), чем у их предшественников – австралопитеков. Рис. 4.3. Метаболическая революция. Как и все приматы, обезьяны используют энергию для жизненно важных задач, которые включают рост или размножение, поддержание различных функций (например иммунитета или восстановления тканей) и физическую активность. Это умные социальные животные развивают мозг для того, чтобы ориентироваться в сложном мире, находить еду, которую они затем сами же и съедят. Люди же, напротив, объединяют свои усилия, делясь излишками пищи с другими членами группы. Умение делиться увеличивает количество энергии, доступной для всех задач, включая размножение и выживание, что приводит к удлинению жизни, увеличению размера семьи и объема мозга и повышению уровня активности. Люди тратят больше энергии каждый день, чем другие обезьяны, чтобы поддерживать эти изменения. Высокие энергозатраты также направляют дополнительные калории в жир (его у нас гораздо больше, чем у других обезьян), чтобы пережить периоды нехватки пищи. Тот факт, что эволюция предпочла направлять лишние калории в энергозатратный мозг, многое говорит о метаболической стратегии нашего рода. Обычно мы ожидаем, что она склонна тратить их непосредственно на выживание и размножение. В конце концов, репродуктивный успех – количество выживших потомков – это единственная мера, которая важна при естественном отборе. Нет никакой эволюционной выгоды в инвестировании ресурсов в когнитивные или любые другие функции, если это не приводит к большему количеству потомков. Эволюция инвестировала в мозг, что говорит нам о том, что мышление было критически важным для гомининов, и поэтому стоило перенаправить драгоценные калории на увеличение работоспособности этого органа. Уровень физической активности, должно быть, также стал значительно выше. Рассчитывать на мясо означает тратить много сил на добычу этой пищи. И в отличие от растений, животные постоянно передвигаются и их гораздо труднее выследить. Современные хищники в африканской саванне обычно проходят в четыре раза больше, чем травоядные, за которыми они охотятся. Переход к охоте на заре истории нашего рода потребовал бы аналогичного увеличения расстояния, которое особи проходили ежедневно. И это могло быть более энергозатратным, чем просто длительная ходьба пешком. Дэниел Либерман и Деннис Брэмбл убедительно доказали, что ранние представители рода Homo приспособились к бегу на выносливость, изматывая добычу под жарким африканским солнцем до тех пор, пока та не падала от усталости. Независимо от того, как они добывали пищу, гоминины начали использовать высокоэнергетическую стратегию – охоту и собирательство. Они тратили много калорий на развитие интеллекта, однако ожидали от своего образа жизни больших преимуществ. И их стратегия сработала. Популяция росла, а ареалы обитания расширялись. Человек прямоходящий, первый вид гомининов, который можно считать широко распространенным, появился на востоке Африке почти два миллиона лет назад и быстро расселился по всему Старому свету. В течение 100 000 лет ареал обитания расширился от Южной Африки до Центральной Евразии и далее на Восток Азии. Инструменты этого периода были найдены в Китае, а окаменелости аж в Индонезии. Охота и собирательство достигли своего пика. Это просто невероятно, что спустя целые эпохи их потомки будут вырывать останки этих выносливых первопроходцев из почвы Дманиси. Умение делиться, смекалка и выносливость, ключевые навыки для совместного добывания пищи, – это мощная комбинация. Развитый интеллект развил способность наших предков находить и добывать фрукты, клубни и дичь, одновременно улучшив навыки планирования. Большая выносливость позволяла им заходить все дальше, за пределы своего ареола обитания, осваивать новые территории и выслеживая добычу. И способность делиться с сородичами связала все это вместе. Благодаря вновь обретенной способности добывать больше пищи, чем нужно, и негласному общественному договору делиться излишками, у гомининов было очень много энергии. Это была настолько выигрышная стратегия жизни, что оставалось только улучшать ее. В каждом поколении индивиды различаются по когнитивным, социальным способностям и физической выносливости. Самые умные, приспособленные и дружелюбные обычно живут дольше, и их репродуктивные способности лучше. Эта «гонка вооружений» была присуща подсемейству гомининов, поэтому те изменения, которые появились у них, затем накапливались, как снежный ком, и делали их гротескными по сравнению с другими приматами. Головы становились более вытянутыми, черты лица тонкими, а тела – потными и безволосыми. Они становились все больше похожими на нас. Развитие интеллекта легче всего проследить по палеонтологическим и археологическим ископаемым. Окаменелые черепа, подобные тем, что были найдены в Дманиси, позволяют нам проследить изменения размера мозга. Мы применяем грубые, хоть и разумные критерии оценки интеллекта, когда сравниваем разные виды. Менее чем за два миллиона лет объем мозга Homo стал в три раза больше, чем у его предшественников, – словно булочка в духовке (Рис. 4.1). Изощренность каменных орудий тоже постепенно росла. Более древние инструменты, найденные, например, в Дманиси, представляли собой простые разбитые булыжники, по всей красоте и изысканности, напоминающие глиняную вазу, подаренную первоклассником маме. Через полтора миллиона лет гоминины делали уже симметричные каплевидные ручные топоры, что достаточно трудно (я не могу сделать такой, но мои приятели, которые занимаются каменными орудиями труда, могут). 400 000 лет назад гоминины использовали сложную, многоступенчатую технику Леваллуа, чтобы делать длинные тонкие лезвия и другие невероятные орудия. Эти вещи настолько сложны, что вы должны быть археологическим ботаником 7-го уровня с многолетним опытом работы, чтобы изготовить их подобие сегодня. И с того времени инструменты становились еще сложнее, их изощренность росла в непрерывной цепи инноваций от палеолитических обсидиановых клинков, лука и стрел, а затем и смартфона в кармане. Дело, конечно, не только в орудиях труда. 500 000 лет назад гоминины уже хорошо справлялись с огнем. (Возможно, этот прорыв произошел намного раньше. Споры по этому вопросу… до сих пор очень жаркие.) Лингвистические способности, должно быть, также развивались в течение этого периода, хотя это и трудно проследить. К тому времени, когда наш вид, Homo sapiens, появился в Африке около 300 000 лет назад, торговые сети уже простирались на многие километры. А природные красные красители использовались для изготовления украшений и, возможно, в символическом искусстве. 130 000 лет назад, если не раньше, люди вдоль побережья Южной Африки собирали моллюсков в определенное время года. Уже тогда они обращали внимание на смену сезонов года и приливы, чтобы получить лучший улов. Наш вид распространился из Африки в Евразию около 120 000 лет назад, следуя примеру более ранних волн миграции Homo erectus, принося искусство и инновации, куда бы мы ни пошли. 40 000 лет назад мы рисовали зловещие фрески на стенах пещер от Бордо до Борнео. Менее чем за 2 миллиона лет объем мозга Homo стал в 3 раза больше, чем у его предшественников. Проследить когнитивную эволюцию гомининов относительно легко, потому что увеличение размера мозга и орудия труда, искусство и другие вещи – все это можно увидеть в ископаемых и при археологических раскопках. Гораздо труднее отслеживать темпы эволюционных изменений в приспособленности и дружелюбии, потому что ни то, ни другое не оставляет после себя твердых доказательств. Мы можем сказать с уверенностью только то, что люди сегодня являются самими выносливыми из всех современных обезьян. Наш показатель максимального потребления кислорода (VO2 max), – общее количество кислорода, которое тело может использовать за одну минуту на килограмм веса (см. Главу 3), по меньшей мере в 4 раза выше, чем у шимпанзе. У нас в ногах больше мышц, чем у обезьян (хотя меньше в руках), а еще мы гораздо лучше переносим нервно мышечную усталость. Наша кровь содержит больше гемоглобина, чтобы кислород поступал к работающим мышцам. А голая потная кожа (безусловно, самая влажная на планете) дарит прохладу, защищая от перегрева даже при занятиях спортом на жаре. Все это позволяет нам идти быстрее и заходить дальше, чем любая другая обезьяна. Шимпанзе проходят в среднем менее 3 км в день. Другие приматы еще ленивее. Люди, особенно охотники и собиратели, такие, как и хадза, ходят в 5 раз больше. Каждый день. Люди бегают марафоны ради удовольствия. Мы созданы для интенсивной деятельности в течение всего дня. Многие из анатомических особенностей, которые помогают нам быть выдающимися бегунами и долго ходить (длинные ноги, упругие стопы и короткие пальцы ног) были характерны и для ранних Homo. Поэтому можно предположить, что у представителей нашего рода выносливость развилась достаточно и была отточены эволюцией как часть стратегии охоты и собирательства в течение последних двух миллионов лет. Похожая история произошла и с умением делиться. Обнаружение забитых зебр и другой крупной дичи в таких местах, как Дманиси, говорит нам, что разделение добычи было традицией еще на заре истории нашего рода. На самом деле, как я уже говорил выше, умение делиться, вероятно, являлось ключевой поведенческой особенностью, которая и запустила эволюцию нашего рода, Homo. Но трудно определить частоту и активность использования этой стратегии, поскольку эти показатели меняются с течением времени (и до сих пор). Однако есть несколько подсказок, наводящих на размышления. Например, 400 000 лет назад технология изготовления орудий труда и охотничьи приемы были изощренными. В дополнение к смертоносным каменным топорам наши предки делали тонкие копья с закаленными в огне наконечниками, а также убивали диких лошадей и другую крупную дичь. Такая самоотверженность в создании инструментов и разработке охотничьих стратегий указывает, возможно, на то, что некоторые члены общины специализировались на охоте, в то время как другие сосредоточились на собирательстве, как в большинстве сообществ охотников и собирателей сегодня. Такое разделение труда требует хорошо развитого умения делиться, чтобы эта стратегия могла стать эффективной. Размер черепа и поведенческие особенности дают еще один ключ к пониманию этого феномена. Огромный мозг и необходимость обучения означают, что мы приходим в мир беспомощными, бесполезными, влажными сгустками жира. Мы не можем ходить, говорить, добывать себе пищу или держаться подальше от опасности в течение нескольких лет со дня своего рождения. Вместо этого мы полностью зависим от других – от поддержки племени – пищи, внимания и безопасности, в которых так отчаянно нуждаемся. Мы проводим первые десять или даже двадцать лет жизни, пользуясь общими ресурсами щедрых членов сообщества, учась (как мы надеемся) быть способными, продуктивными взрослыми. Наш мозг сжигает очень много энергии при обучении, построении и поддержании нейронных связей, когда информация поступает в него. Именно поэтому в первые годы обучения в начальной школе рост замедляется. В обществах охотников и собирателей, таких как хадза, люди не становятся самодостаточными (то есть не добывают достаточно пищи, чтобы прокормить себя) по крайней мере до позднего подросткового возраста. Вознаграждение за длительное ожидание и обучение – невероятно высокая производительность взрослых. Взрослые охотники и собиратели, как мужчины, так и женщины, могут легко приносить домой тысячи дополнительных килокалорий пищи в день, намного больше, чем нужно (см. Главу 9). Это дополнительная энергия, которая питает наши более быстрые метаболические двигатели и покрывает большие ежедневные затраты. Дополнительная энергия разделяется между детьми, матерями и другими воспитателями. В связи с тем, что энергетическое бремя размножения разделяется (женщины получают существенную помощь), матери охотников и собирателей обычно рожают примерно каждые три года, что намного чаще, чем рождение потомства у обезьян, которые выполняют всю работу сами. (Средние интервалы между родами у шимпанзе, горилл и орангутангов составляют пять лет и более.) Это парадокс истории человеческой жизни: каждому ребенку требуется больше времени, чтобы повзрослеть, но мы все равно успеваем размножаться быстрее, чем наши родственники приматы. И этот принцип хорошо работает благодаря нашему умению делиться и уникальной метаболической стратегии. Примерно 700 000 лет назад размер мозга у гейдельбергского человека (Homo heidelbergensis), обитавшего по всей Африке и Евразии, приблизился к нижней границе этого показателя у современного человека. Их большой мозг и изощренность орудий труда позволяют предположить, что продолжительное детство и сверхпродуктивное отрочество стали обычным явлением еще задолго до того, как наш вид, Homo sapiens, эволюционировал в Африке. Кроме того, их большой и энергозатратный мозг и образ жизни охотников и собирателей говорят нам, что у Homo heidelbergensis, вероятно, был такой же ускоренный метаболизм, как и у современного человека – то есть они тратили больше энергии, чем их предки австралопитеки. Но, даже если основная человеческая стратегия обмена веществ существовала до того, как развился наш вид, метаболическая революция, которая спасла нас от вымирания, произошла именно благодаря Homo sapiens. Существует теория, что именно умение делиться было ключевой поведенческой чертой, которая запустила эволюцию рода Homo. Когда предки человека разумного расселились по Африке и по всему земному шару, они обнаружили, что не одиноки. Мир уже был полон странных и удивительных человекоподобных видов, их эволюционных кузенов: неандертальцы (Homo neanderthalensis) в Европе, денисовский человек (Homo denisovensis) в Центральной Азии, реликтовые популяции человека прямоходящего (Homo erectus) в Азии, Homo naledi в Южной Африке, миниатюрный вид человека флоресского (Homo floresiensis) на островах Индонеззи, которого палеоантропологи назвали хоббитом. Современная научнофантастическая идея о встрече с какими-то крайне человекоподобными существами в далеком царстве, об общении с ними или жизни в их обществе снова и снова воплощалась в жизнь в во времена палеолита. Некоторые из этих видов, например человек прямоходящий или Homo naledi, являются полезными напоминанием о том, что в эволюции нет скачков. Их мозг постепенно становился больше, чем у австралопитеков, и они были одними из самых ранних охотников и собирателей. Но в какой-то момент увеличение размеров мозга и развитие новых способов добывания пищи остановились. Причуды конкретных мест обитания не благоприятствовали этому. Издержки от обладания большим мозгом и риски, связанные с возросшей щедростью, сильно превысили выгоды. Таким образом, без какого-либо давления они сохраняли мозг скромных размеров и ранние привычки в течение сотен тысяч лет, даже когда популяции гомининов в других уголках мира продолжали меняться. Эволюция не пытается ничего достичь. То, что размер мозга неуклонно увеличивался в течение миллиона лет, не означает, что это будет продолжаться. Так что современный человек мог и не появиться. Другие виды, такие как денисовский человек или неандерталец, доказывают нам, что мы не были особенными. Эти существа, как и мы, были умны, легко приспосабливались и обладали смекалкой и находчивостью. На самом деле они были так похожи на нас, что мы скрещивались, растили гибридное потомство и, без сомнения, удивлялись, почему родственники всегда казались немного странными. Сегодня мы находим участки их ДНК в наших хромосомах – разбросанные кирпичики потерянной цивилизации, переработанные в современных реалиях. Почему они вымерли, а мы выжили, почему мы единственные гоминины, оставшиеся сегодня на планете, – одна из величайших загадок современности. Часто говорят, что мы были просто умнее или изобретательнее, но нет никаких доказательств, что это действительно так. У неандертальцев мозг был немного больше нашего, и они делали наскальные рисунки, придумывали музыку и хоронили мертвых задолго до нашего появления. Возможно, это была просто слепая удача, космический бросок костей, когда случай оказался на нашей стороне. Может быть, мы принесли новые болезни в Евразию, когда начали расселяться по земному шару, и уничтожили неандертальцев и денисовского человека таким же образом, как болезни Старого света опустошили племена коренных народов Америки. Одно из объяснений, которое кажется достаточно убедительным, заключается в том, что люди выжили именно благодаря дружелюбию. Ричард Рэнгем из Гарвардского университета, а также Брайан Хэйр и Ванесса Вудс, мои коллеги из Дьюкского университета, утверждали, что за последние 300 000 лет человек разумный стал гиперсоциальным существом благодаря окультуриванию. Так, например, если отдельные члены общины (особенно мужчины) пытались добиться своего с помощью насилия и запугивания, то их подвергали остракизму или приговаривали к казни. Щедрость была тесно связана с острием копья. Со временем дружелюбие и генные модификации, которые поддерживали такое поведение, получили преимущество. У грубых людей не было большого количества детей. Умение делиться поднялось на новый уровень. Наши предки начали функционировать как сверхкооперативные суперорганизмы, такие как пчелиные ульи или муравьиные колонии. Рэнгем утверждал, что эта большая социальная сплоченность и готовность наказывать плохих членов общины были нашим ключевым преимуществом перед неандертальцами и денисовским человеком по мере расселения по всей Евразии. Когда мы оказались на той же территории, что неандертальцы и другие гоминины, наша стратегия гиперсплоченности победила. Независимо от того, были ли люди уникальными среди гомининов в своей склонности к совместной работе, ясно, что социальность, огромный мозг и способность к физической активности являются ключевыми чертами, которые так отличают наш вид от других обезьян. И всем этим мы обязаны двухмиллионнолетнему опыту охоты и собирательства, эти стратегии были характерны для гомининов в Дманиси и сохранились до сегодняшнего дня. Сложная социальная организация и эмпатия, способность исследовать галактику и расщеплять атомы, умение терпеть, готовность поделиться обедом – все это буквально записано в нашей ДНК. И все это поддерживается высокоэнергетической метаболической стратегией. Обмен веществ – то, как мы получаем энергию и как ее расходуем – стал ключевым фактором нашей уникальной эволюции. Я уже говорил, что есть и обратная сторона медали? Обратная сторона медали Неотъемлемой частью гиперсоциальности, совместного существования обезьян, является ненасытное желание принадлежать к группе. С детства мы остро осознаем, что такое «наше племя». Мы перенимаем язык, внешний вид, особенности своей группы. Мы хотим испытывать чувство принадлежности. И при рассмотрении эволюционной важности умения делиться все это имеет огромное значение. Человек не может существовать вне общества. И мы должны знать, к кому хорошо относиться. Общественный договор требует, чтобы мы были щедры с ближними. Так же важно понимать, кто не входит в нашу группу. Делиться с посторонними – это огромный риск. Если они не являются частью племени, то могут не ответить взаимностью. Хуже того, они могут быть настроены враждебно. Если подумать, у них, похоже, есть очень много ресурсов, которые пригодились бы нашей группе. Только посмотрите на них. Просто сидят и занимаются своими делами. Самодовольные придурки. Несправедливо, что у них есть столько всего, а у нас нет. Я предлагаю пойти к ним и забрать все, что по праву принадлежит нам. Теперь вы видите, как все это может выйти из-под контроля. Умение делиться сделало нас невероятно щедрыми по отношению к собратьям по группе, но также пугающе черствыми и злыми по отношению к тем, кто ими не является. Это часть того, что Ричард Рэнгем описывает в своей книге «Парадокс добродетели» (The Goodness Paradox). Сотни тысяч лет эволюции, кооперации и дружелюбия внутри нашего племени сделали повседневную жизнь миром гармонии и сотрудничества. Мы работаем волонтёрами, жертвуем свое время и деньги, тренируем детей или организуем школьные мероприятия. Мы можем смотреть напряженный фильм в переполненном кинотеатре с сотнями незнакомых людей, и все будет в порядке. Зал, полный незнакомых шимпанзе, станет кровавой баней еще до первых титров. Но обратная сторона медали – безразличность и даже враждебность к чужакам. Мы делим мир на внутригрупповой и внегрупповой. Пенсильванский университет против Питтсбургского, «Стилерз» против «Пэтриотс», республиканцы против демократов, граждане против иммигрантов, моя раса против вашей, тутси против хуту, мусульмане против христиан… и так до бесконечности. Почти нет значения, определяются ли группы чем-то значимым или совершенно произвольным. Члены нашей группы – это семья на всю жизнь. А чужаки могут даже не считаться людьми. Кого считать членом своего племени? Всех нас. Мы все люди – часть одного человеческого племени. Так много злодеяний, которые накладывают ужасные отпечатки на историю и потрясают нашу веру в человечество сегодня – геноцид, рабство, торговля людьми – рождаются из нашей привычки не считать чужаков равными. В прошлом такое ужасающее поведение насаждалось религией или государством. В XVIII и XIX веках биология и эволюционная наука использовались для оправдания расистской политики и поведения. Некоторые примеры такого применения науки до сих пор можно услышать в качестве «интеллектуального» аргумента в пользу расизма (на самом деле нет никаких доказательств того, что мельчайшие генетические различия между этническими группами влияют на поведение, интеллект или что-то еще, что мы ценим в наших собратьях). Приятно видеть, как эти темы снова поднимаются при нашей все более племенной политике, в странах, которые должны быть достаточно цивилизованными, чтобы понимать, к чему приводит дегуманизация людей, с которыми мы не согласны или кого рассматриваем как «чужаков». Важнейший вопрос современности – кого же считать членом своего племени? Кто считается одним из нас, а кто – нет? Конечно, единственный морально приемлемый ответ – всех нас. Каждый важен. Мы все люди. Мы все – часть одного человеческого племени. Чтобы победить в этом споре, а мы должны это сделать, нужно преодолеть подозрительность к чужакам – именно такова эволюционная цена, которую мы платим за невероятную готовность делиться. Другой изъян нашей эволюционировавшей стратегии, которая касается обмена веществ, – это склонность к метаболическим нарушениям. Ожирение, диабет второго типа и сердечно сосудистые заболевания не вызывают такого же ужаса, как геноцид, но из-за них каждый год в мире умирает больше людей, чем в результате насилия. Но эти болезни не являются обязательной частью жизни – племя хадза, например, с ними не сталкивается. Это то, что специалисты в области общественного здравоохранения называют болезнями цивилизации, непреднамеренными последствиями развития. И они вышли на первый план еще тогда, когда, по некоторым оценкам, человеческое общество стало менее жестоким. Мы как биологический вид перешли от варварского убийства друг друга к бездумному умерщвлению самих себя. Проблема не только в окружающей среде. Она намного глубже. Более быстрый обмен веществ и большие ежедневные затраты энергии в результате метаболической революции гомининов подвергли наших предков – охотников и собирателей – повышенному риску голодной смерти. Большие ежедневные потребности в калориях приводят к более ощутимым последствиям, если пищи недостаточно. Конечно, умение делиться помогает снизить этот риск. Но все равно остается много потенциальных угроз – от длительной болезни, лишающей аппетита, до непредсказуемой погоды, уничтожающей урожай или дичь. Более быстрый метаболизм, которому требуется постоянное поступление калорий для получения энергии, приводит к образованию излишков жира. Когда Стив Росс, Мэри Браун и я использовали метод дважды меченой воды на обезьянах, живущих в зоопарках по всей территории США, и сравнили их с людьми, мы обнаружили различия не только в расходовании энергии. Мы также установили, что эти животные невероятно худые. Шимпанзе, бонобо, гориллы и орангутанги, бездельничающие в зоопарках и заповедниках, не толстеют – по крайней мере, по человеческим стандартам. У шимпанзе и бонобо в неволе жировая прослойка составляет менее 10 % от массы тела, как у профессиональных спортсменов. Даже у таких активных охотников собирателей, как хадза, жира намного больше. А для современных людей, ведущих сидячий образ жизни (эквивалент живущих в зоопарке обезьян), и вовсе нет пределов. У мужчин количество жира в организме может легко достигать 25 или 30 %, а у женщин – более 40 %. Если содержать обезьяну в зоопарке и у нее будет много пищи при отсутствии физической активности, то она вырастет большой, но вовсе не толстой. Все дело в том, что тела приматов используют дополнительные калории для построения новой ткани, сильных мышц и других органов. В результате обезьяны в зоопарках весят значительно больше, чем в дикой природе, однако остаются худыми. В противоположность этому, гоминины, подобные нам, эволюционировали, храня много лишних калорий в виде жира – на черный день, – чтобы пережить потенциальную нехватку еды, длительные болезни или другие сбои в обмене веществ. В современных условиях такой сценарий практически невозможен. Слишком многие из нас в итоге получают гораздо больше жира, чем нужно организму, а вместе с этим развиваются болезни. Тела гомининов эволюционировали, чтобы вести активный образ жизни, и фактически зависят от высокого уровня ежедневных нагрузок, которые были нормой на протяжении последних двух миллионов лет благодаря охоте и собирательству. Мы развивались, чтобы заниматься физической активностью. Без этого люди болеют. По данным Всемирной организации здравоохранения, каждый год от пассивного образа жизни умирает 1,6 миллиона человек. Число здоровых лет, потерянных в борьбе с болезнями сердца, диабетом и другими последствиями малоподвижного образа жизни, намного больше. И это исключительно человеческая проблема. Обезьяны в зоопарках с умеренным количеством упражнений каждый день не страдают от высокого артериального давления, диабета, сердечно сосудистых заболеваний и множество других болезней, которые поражают развитый мир. Технический прогресс принес невероятное количество пользы – от современной медицины и Интернета до теплых домов и сантехники. Но его последствия становятся все страшнее (и мы даже не упоминали изменение климата, разрушение среды обитания многих животных, угрозу ядерной войны…). Нашему виду всего 300 000 лет. Если мы собираемся пережить еще столько же или даже наслаждаться следующими тремя сотнями лет, нужно начать заниматься строительством человеческих зоопарков. Единственная надежда – это огромный, умный, творческий мозг. Долгая эволюционная история охотников и собирателей дала нам когнитивную способность менять мир. Мы были достаточно умны, чтобы укротить огонь, построить невероятные машины и отправить их на далекие планеты, создать новые виды и узнать собственную эволюционную историю. Достаточно ли мы разумны, чтобы взять под контроль свое будущее? Или нам суждено споткнуться, поддаться искушению и потерпеть неудачу, снова блевать в кустах и напрасно страдать от причиненных самим себе страданий? Будут ли далекие потомки находить наши окаменелости в почве и восхищаться человеческим гением или качать головами от нашей неспособности избежать катастрофы? Чтобы все исправить, нужно понять, что пошло не так. Как же мы сбились с пути и как на него вернуться? Пришло время вернуться в Хадзалэнд и посмотреть, как охотники и собиратели могут научить нас жить правильно. Глава 5. Метаболический маг: компенсация энергии и ограничение И дело было не только в них. У племени хадза было нечто более фундаментальное – что то, что могло научить нас тому, как человеческое тело расходует энергию. Тяжелая жизнь Единственное, что мы знали наверняка во время нашего эксперимента: жизнь охотника и собирателя очень тяжела. Как у других представителей таких сообществ, да и вообще у всех людей, которые жили 12000 лет назад, у хадза нет ни урожая (лишь в нескольких племенах хадза можно встретить сельское хозяйство. Мы работаем в отдаленных общинах, где никто не занимается фермерством), ни одомашненных животных или окультуренных растений, ни техники, ни машин, ни ружей, ни современных удобств, которые помогли бы им выжить. Каждое утро они встают вместе с солнцем и отправляются на поиске пищи в дикую саванну. Женщины обычно ходят группами, полагаясь на свои знания о растениях и последнюю информацию о том, что в конкретный сезон можно найти конкретные ягоды или клубни. Несколько видов диких клубней составляют основу рациона хадза, и женщина может тратить от двух до трех часов каждый день на то, чтобы выкопать их из твердой почвы заостренной деревянной палкой. Они могут легко преодолеть 8 км или даже больше, часто с ребенком в перевязи на спине, нагрузившись десятью килограммами с трудом добытых клубней. Вернувшись обратно в лагерь, они снова начинают заниматься детьми и другими обязанностями. Мужчины обычно уходят из лагеря поодиночке, предпочитая охотиться самостоятельно: это позволяет им увеличивать шансы на успех при охоте на зебр, бабуинов, антилоп или еще каких-нибудь животных, которым не повезло попасться им на пути. Хадза не привередливы; почти все, кроме змей и других рептилий, можно обнаружить в их меню. Они делают мощные луки с тетивами из жирафьих сухожилий и окропляют стрелы ядом, чтобы убить добычу одним выстрелом. Мужчины также регулярно прерывают охоту, чтобы собрать дикий мед, забираются на 10 метров под крону массивных древних баобабов и рубят гигантские полые ветви, чтобы разграбить разъяренный улей (Глава 6). Они приносят дичь или мед обратно в лагерь – проходя при этом 15–25 км – чтобы поделиться добычей с общиной. Это очень утомительно. Мужчины иногда проводят день в лагере, чтобы сделать стрелы и отдохнуть, но не проходит ни дня, чтобы женщины не отправились на поиски еды. Мы оценили уровень физической активности, и результаты были ошеломительным: и мужчины, и женщины в среднем выполняют очень тяжелую работы не меньше двух часов в день, что примерно в десять раз больше, чем средний показатель для типичного американца. И это не учитывая энергозатраты на ходьбу пешком. За один день они получают столько физической нагрузки, сколько западный человек за неделю. Дети и старики тоже не отстают. Детям часто поручают носить воду, а источник может быть в километре от лагеря. И мужчины, и женщины в возрасте 60–80 лет почти каждый день выходят на поиски пищи. Этот впечатляющий уровень физической активности не является уникальным для хадза. Все охотники и собиратели ведут такой образ жизни, который заставил бы представителя современной западной цивилизации ужаснуться. И хотя сейчас тем, кто живет в урбанизированном и комфортном мире, трудно это представить, однако такой экстремальный уровень физической активности был нормой для всех людей всего несколько тысяч лет назад. Наши предки – все предки – охотились и занимались собирательством всего несколько сотен поколений назад, это просто мгновение в масштабах эволюции. Мы являемся видом охотников и собирателей, произошедшим от одного из древних племен (Глава 4). В индустриальных человеческих «зоопарках», которые люди построили для себя в Соединенных Штатах, Европе и других развитых странах, мы стали гораздо более оседлыми. Модернизация принесла с собой целый ряд важных инноваций, которые улучшают и продлевают жизнь: от сантехники до вакцин и антибиотиков. Но некоторые показатели нашего здоровья также ухудшились. Ожирение, диабет второго типа, сердечно сосудистые заболевания и другие «убийцы» развитого мира – об этих болезнях охотники и собиратели и земледельцы прошлого никогда даже не слышали. Многие специалисты в области общественного здравоохранения считают, что эти «болезни цивилизации» частично объясняются сокращением ежедневных энергетических затрат из-за сидячего образа жизни. Ленивая жизнь уменьшает количество калорий, которые мы сжигаем каждый день, и они накапливаются в виде жира, что приводит к ожирению и кардиометаболическим заболеваниям, к которым относятся диабет, сердечно сосудистые патологии и многие другие распространенные заболевания современной жизни. И мужчины, и женщины ежедневно выполняют тяжелую работу около двух часов в день – это в десять раз больше, чем средний показатель типичного американца. Вот почему мы были в Хадзалэнде и измеряли ежедневные затраты энергии. Мы знали, что хадза невероятно активны. Из-за этого мы, как и все остальные, считали, что члены племени хадза тратят невероятное количество энергии каждый день. До сих пор никто никогда не измерял затраты энергии у охотников и собирателей. Мы хотели быть первыми, кто задокументирует работу их системы метаболизма, и по сравнению с ними современный человек оказался просто жалким обитателем индустриального мира, чьи энергетические затраты очень малы. Нужно было понять, как функционирует организм охотника собирателя. Все становится странным В 2009 году, когда мы только начали измерять энергетические затраты членов племени хадза, я был настоящим профаном. Во время учебы в аспирантуре я измерял затраты энергии на ходьбу и бег у людей и некоторых других представителей разных биологических видов, но мой опыт работы с методом дважды меченой воды был очень скромным. К счастью, у меня были замечательные коллеги, которые являлись экспертами в этой области: Сьюзен Рейсетт из Университета Вашингтона в Сент Луисе и Билл Вонг из Медицинского колледжа Бейлора. Билл – всемирно признанный лидер в области исследований методом дважды меченой воды. Он был одним из первых ученых, работавших с этим методом еще в начале 1980 х годов, когда тот впервые был применен на людях, и с тех пор руководил одной из лучших лабораторий в мире. Билл и Сьюзен следили за протоколом использования дважды меченой воды, который мы разработали для изучения племени хадза: проверяли, чтобы у нас были правильные дозы изотопов и надежный отбор проб. Вернувшись домой из Танзании после первого путешествия к племени, я тщательно упаковал все образцы мочи и отправил их в лабораторию Билла. Потом я ждал. Лаборатория потратила несколько месяцев на то, чтобы изучить образцы, тщательно измеряя изотопное обогащение в каждом из них с помощью масс спектрометрии. И вот однажды поздней осенью, вдали от жары и пыли, я получил электронное письмо от Билла. Результаты тестов были в прикреплённых файлах. Я был готов к результатам, но не к тому, что они означали. Я собрал всю информацию по племени хадза, объединив сравнительный набор данных о ежедневных измерениях расхода энергии взрослого человека из промышленно развитых стран. Любой, кто знает что-нибудь о расходовании энергии (включая вас, если вы не пропустили Главу 3), понимает, что необходимо учитывать массу тела. Люди больших размеров сжигают больше калорий, потому что у них больше работающих клеток. Поэтому я начал анализ данных хадза с сопоставления с графиком ежедневных энергетических затрат и массы тела более чем ста мужчин и женщин из Соединенных Штатов, Европы и других промышленно развитых стран. В частности, я построил график суточного расхода энергии в зависимости от массы без учета жира, поскольку жировая масса вносит очень незначительный вклад в скорость обмена веществ. Затем я сравнил результаты с данными, полученными в племени хадза – у нас были пробы семнадцати женщин и тринадцати мужчин. Я ожидал, что они будут сильно отличаться от данных жителей США или Европы. Все ведь знали, что у хадза исключительно высокие энергетические затраты, потому что у них абсолютно другой уровень физической активности. Но все оказалось не так. Показатели хадза соответствовали графику, обозначающему данные, полученные в Соединенных Штатах и Европе (Рис. 5.1). Представители племени каждый день тратили столько же энергии, сколько жители Соединенных Штатов, Англии, Нидерландов, Японии, России. Каким-то образом хадза, у которых уровень физической активности в день значительно выше, чем у типичного американца за неделю, сжигают такое же количество калорий, как и остальные люди. Я не мог в это поверить. Должно быть, я что-то упустил. Я принялся за работу, используя все более сложные статистические методы, чтобы попытаться учесть другие факторы, которые могли затмить ожидаемый результат и выявить высокий уровень расходования энергии, который, как я знал, должен где-то быть. Возраст. Пол. Жировая масса. Рост. Но все это не имело значения. Результаты были ясными и надежными. Мужчины и женщины хадза ежедневно тратили столько же энергии, сколько вы, я и все остальные. Они были намного активнее, но не сжигали больше калорий. Что, черт возьми, происходит? Рис. 5.1. Ежедневные затраты энергии у мужчин и женщин хадза такие же, как и у взрослых в промышленно развитых странах. Каждая точка представляет собой средний суточный расход и массу тела мужчин и женщин (те же данные, что и на Рис. 3.4). Черные линии – это линии тренда для мужчин и женщин из промышленно развитых стран. Показатели представителей племени хадза располагаются под или над линиями. Данные говорят о том, что они сжигают такое же количество калорий в день, как и другие популяции. Ограниченный ежедневный энергетический расход Результаты хадза, по-видимому, противоречат факторному подходу к оценке суточных энергетических затрат (Глава 3), который предполагает, что этот показатель увеличивается в зависимости от уровня ежедневной физической активности (Рис. 5.2). Это догма, определенный взгляд на то, как метаболический двигатель тела сжигает калории: чем активнее вы, тем больше энергии сжигаете каждый день. Факторный подход настолько понятен и убедителен, что кажется бесспорным доказательством теории. Но он никак не мог объяснить результаты энергетических затрат племени хадза. Охотники и собиратели приспособились к своему напряженному образу жизни таким образом, что общее количество калорий, сжигаемых за день, находилось под контролем. Их метаболические двигатели были гибкими и адаптивными – хамна шида. Последствия этого сказались и на тех, кто живет за пределами Хадзалэнда. Мы, люди, – это отдельный вид. Во всем мире, несмотря на фантастическое культурное разнообразие и внешние различия, все тела работают одинаково. Метаболическая гибкость, которую мы наблюдали у хадза, – это способность, которой обладает каждый из нас. Хадза показывали нам новый способ понимания самих себя. Ежедневные затраты энергии не просто зависели от разных повседневных задач. Вместо этого тело, казалось, поддерживало ежедневные затраты энергии в пределах некоторого показателя, независимо от образа жизни (Рис. 5.2). Я называю это ограниченным ежедневным энергетическим расходом (ЕЭР). Конечно, если бы результаты были случайностью, мы могли бы отмахнуться от них. Для того, чтобы подвергнуть сомнению устоявшийся и удобный факторный метод, потребуется не один анализ. Но на самом деле уже сейчас в области метаболизма человека и животных есть большой массив информации, которая указывает на ограниченные ежедневные затраты энергии. Некоторые из этих фактов были известны еще до начала нашей работы с племенем хадза. Рис. 5.2. Верхний ряд: традиционный инженерный взгляд на метаболизм подразумевает дополнительные энергозатраты, которые увеличиваются непосредственно с ежедневной физической активностью. В этой модели тело сокращает количество энергии, затрачиваемое на другие задачи (заштрихованная область), поскольку уровень физической активности повышается, сохраняя ежедневные затраты энергии в узком диапазоне. Нижний ряд: когда люди (слева), мыши (справа) и другие животные повышают уровень физической активности, ежедневные затраты энергии не увеличиваются, а выходят на плато. Слева: результаты женщин, участвовавших в исследовании полумарафона Westerterp. Справа: мыши вели малоподвижный образ жизни (с 1 по 7 день), а затем получили доступ к крутящемуся колесу (дни 7 28). Ежедневный расход первоначально корректировался с помощью доступа к колесу, но затем оставался стабильным по мере роста уровня ежедневной активности. После этого проекта мои коллеги и я измеряли ежедневные затраты энергии в других популяциях охотников и собирателей и земледельцев и обнаружили аналогичные результаты. Сэм Урлахер, аспирант, работающий в моей лаборатории, провел несколько месяцев в племени хиваро в отдаленных районах тропического леса Амазонки в Эквадоре. Как и хадза, они ведут невероятно активный образ жизни, охотясь, ловя рыбу и собирая растительную пищу в дикой природе. Они также немного занимаются сельским хозяйством, используя примитивные инструменты и выполняя тяжелую работу руками, чтобы выращивать и собирать маниок и бананы. Сэм измерил суточные энергетические затраты среди детей хиваро в возрасте от 5 до 12 лет и сравнил их с аналогичными показателями в США и Великобритании. Дети хиваро были более активным, и у них была повышенная скорость основного обмена из-за паразитов и инфекций в организме. Тем не менее их ежедневные затраты энергии были идентичны показателям, отмеченным у американских и британских детей. Еще дальше на Юг, в Боливии, Майк Гурвен и его команда измерили ежедневные затраты энергии у мужчин и женщин цимане, которые, как и хиваро, занимаются охотой, рыбной ловлей и сельским хозяйством в тропических лесах Амазонки. Мы проанализировали дважды меченые образцы воды в моей лаборатории. У племени цимане уровень физической активности такой же, как у хадза, и в десять раз выше, чем у обычного американца. Мужчины и женщины цимане продемонстрировали несколько повышенный ежедневный расход энергии, однако это не было следствием физической активности. Как и дети хиваро, взрослые цимане имеют повышенную скорость основного обмена – изза паразитарной и бактериальной инфекции в организме их иммунная система работает намного активнее. Как только мы объяснили их невероятную иммунную активность, не осталось никаких доказательств более высоких ежедневных энергетических затрат в результате напряженного образа жизни. Показатель соотношения ежедневных энергетических затрат к скорости основного обмена, часто используемый в качестве скорректированного способа сравнения ежедневных энергетических затрат (и обычно называемый уровнем физической активности), у взрослых цимане фактически был меньше, чем у большинства других популяций из-за повышенной СОО у представителей изучаемого племени. Данные об энергетических затратах цимане перекликаются с более ранними работами Эми Люк в сельской местности Нигерии. Эми является экспертом в области метаболизма и кардиометаболических заболеваний и уже более двух десятилетий изучает последствия малоподвижного образа жизни. В самом начале 2000 х годов она возглавляла группу исследователей, измерявших (среди прочего) ежедневный расход энергии у афроамериканских женщин из Мэйвуда, Иллинойс, и сельских районов Нигерии. Как и у цимане, у нигерийских женщин, многие из которых занимались сельским хозяйством, был повышенный уровень скорости основного обмена по сравнению американками. Суточные энергетические затраты (с поправкой на различия массы тела) были несколько повышены, что также было вызвано повышенной СОО. Однако не было обнаружено никаких различий в расходе энергии на активность, той части ежедневных затрат, которая остается, когда вы вычитаете СОО и энергию на пищеварение. Соотношение уровня физической активности к скорости основного обмена было одинаковым как для нигерийских, так и для и американских женщин, несмотря на явные различия в образе жизни. Список можно продолжать. Лара Дугас, аспирантка, работавшая с Эми Люк в Медицинской школе Университета Лойолы, проанализировала ежедневные энергетические затраты 98 популяций. В ежедневных затратах энергии наблюдались значительные различия: у одних они были больше, у других – меньше. Но у земледельческого населения, которое упорно трудилось, чтобы заработать себе на жизнь, показатели были такими же, как и у избалованных городских жителей. Даже в промышленно развитых странах нет соответствия между измеряемой физической активностью и ежедневным расходом энергии, затратами энергии на активность или коэффициентами уровня физической активности. Люди, которые работают усерднее, не сжигают больше калорий. Ограниченные ежедневные затраты энергии – это то, что мы видим, когда внимательно изучаем разные популяции. Я объединился с Эми Люк, Ларой Дугас и их командой, чтобы проанализировать энергозатраты 332 мужчин и женщин в 5 разных странах. Мы объединили всех вместе и скорректировали ежедневные затраты энергии с учетом влияния массы тела, процента жира, возраста и других характеристик, а также построили график расхода на ежедневную физическую активность. Даже c учетом массы тела и процента жира в организме показатели были абсолютно разными. Тем не менее мы смогли уловить слабый след физической деятельности – шепот на футбольном стадионе во время матча, – который означал небольшой всплеск ежедневных энергозатрат у более активных людей. Но эффект активности был не просто слабым – при высоком уровне нагрузки он не повышался. Люди, которые были умеренно активны, сжигали в среднем на 200 килокалорий больше, чем лежебоки и лентяи. Но не было никаких различий между умеренно активными взрослыми и теми, у кого был самый высокий уровень физической нагрузки. И, согласно ограниченной модели, суточные затраты энергии увеличились. И различия в ежедневном расходе среди лежебок были намного значительнее, чем при сравнении лежебок и физически активных взрослых. Все эти сравнения до сих пор проводились между людьми с различным уровнем привычной физической активности. Что произойдет, если мы изменим чей-то образ жизни, записав его на программу спортивных тренировок? Существует множество подобных исследований, и, хотя результаты их варьируются в зависимости от продолжительности и интенсивности программы, они обычно указывают на модель ограниченных ежедневных энергетических затрат. Вот мой любимый пример: Клаас Вестертерп и его коллеги из Нидерландов попросили мужчин и женщин, которые никогда не занимались спортом, записаться на годовую программу подготовки к полумарафону. У трех женщин и четырех мужчин измеряли ежедневные затраты энергии перед началом занятий, а затем на 8 й, 20 й и 40 й неделях, что соответствовало этапам протокола тренировки. В самом начале испытуемые бегали 20 минут в день, 4 дня в неделю. К концу программы они занимались по часу в день и за неделю могли пробежать 40 км. Нет соответствия между физической активностью и ежедневным расходом энергии – люди, которые активнее работают, не сжигают больше калорий. Неудивительно, что после всех этих тренировок женщины набрали мышечную массу (около 2 кг). Кроме того, в зависимости от своего веса и преодолеваемого расстояния, они сжигали около 360 ккал в день. Если бы факторная модель была верна, мы бы ожидали, что их ежедневные энергетические затраты будут по крайней мере на 360 ккал в день выше к концу исследования и ближе к 390 ккал в день, если учесть калории, сжигаемые во время покоя с учетом их увеличившейся мышечной массой (Глава 3). Вместо этого на 40 й неделе ежедневные затраты энергии оказались всего около 120 ккал выше. Эти женщины прошли стадии от полного отсутствия занятий спортом к бегу на 40 км в неделю. Теперь они были достаточно подготовлены, чтобы пробежать полумарафон, однако их ежедневные затраты энергии были практически такими же, как и в начале (Рис. 5.2). Мужчины в исследовании показали аналогичные результаты. Продолжительность исследования Вестертерпа заслуживает внимания. В мире науки оно считается амбициозным долгосрочным исследованием, длящимся целый год. Но двенадцать месяцев – это не так уж много. Как мы увидим ниже в Главе 7, адаптация к новому образу жизни может занять годы. У таких популяций, как хадза, есть годы и буквально целые жизни, чтобы приспособиться к высокому уровню физической активности. Они являются ярким примером того, каким долгосрочным может быть исследование того или иного феномена. Возможно, поэтому нас не должно удивлять, что исследователи часто не находят доказательств повышенных ежедневных энергозатрат в традиционных популяциях. И дело не только в людях. Ограничение ежедневного расхода энергии, судя по всему, – это то, что объединяет всех теплокровных животных. В нескольких лабораторных исследованиях у грызунов и птиц были измерены ежедневные затраты энергии при увеличении ежедневной физической активности (этот эксперимент немного похож на полумарафон Вестертерпа). Эти испытания показали такой же результат: ежедневные затраты энергии не меняются даже тогда, когда животные «тренируются» все больше (Рис. 5.2). То, что наш организм держит ежедневные энергозатраты на одном уровне, по-видимому, является древней и широко распространенной эволюционной стратегией. А это снова возвращает нас в зоопарк. Как мы обсуждали в Главе 1, мои коллеги и я провели последние несколько лет, измеряя ежедневные затраты энергии у приматов. И мы обнаружили, что у обезьян, живущих в зоопарке, такие же суточные затраты энергии, что и у животных в дикой природе (Рис. 5.2). То же самое касается кенгуру и панд. Каждый вид поддерживает постоянный уровень обмена веществ независимо от того, борется ли он за выживание в джунглях или отдыхает в зоопарке; образ жизни мало влияет на этот показатель. У кольцехвостых лемуров наблюдается одинаковый ежедневный расход энергии, независимо от того, живут ли они в лесах Мадагаскара или отдыхают в удобных вольерах Центра лемуров в Дьюкском университете. Неудивительно, что мы, люди, тратим одинаковое количество энергии независимо от того, живем ли, как охотники собиратели, или заперты в индустриальных «зоопарках», которые сами для себя же и построили. Наши метаболические механизмы сдвигаются и изменяются, чтобы подстроиться под растущую нагрузку и при этом поддерживать энергозатраты на одном уровне (Рис. 5.2). В результате физически активные люди – будь то охотники и собиратели (современные или из нашего коллективного прошлого) или жители промышленно развитых стран, которые регулярно занимаются спортом, – тратят такое же количество энергии, как и те, кто ведет сидячий образ жизни. Попытка обогнать ожирение Осознание того, что ежедневные затраты энергии ограничены, меняет представление о современной эпидемии ожирения. Во-первых, тот факт, что охотники и собиратели сжигают такое же количество калорий, как и городские жители в развитых странах, означает, что суточный расход энергии, вероятно, не изменялся со времен палеолита и до настоящего времени. Современную эпидемию ожирения, получается, нельзя списать на снижение энергетических затрат в современном мире. Исследования в промышленно развитых странах, которые начались еще в 1980 х годах, по-видимому, подтверждают это: ежедневные затраты энергии и соотношение физической активности остались неизменными в Соединенных Штатах и Европе. И это с учетом того, что ожирение и метаболические заболевания сейчас широко распространены. Во-вторых, ограниченные суточные затраты энергии означают, что повышение уровня ежедневной активности с помощью физических упражнений или других программ в итоге мало влияет на количество сжигаемых калорий в день. Именно этот факт должен изменить наш подход к борьбе с ожирением. Изменение массы тела в основном связано с энергетическим балансом: если мы едим больше калорий, чем сжигаем, то набираем вес; если тратим больше, чем потребляем, то худеем. Таковы законы физики и, как установил Лавуазье, Этуотер, Рубнер и пионеры науки о метаболизме, люди и другие животные просто играют по этим правилам (см. Главу 3). Широко распространенные свидетельства того, что ежедневные затраты энергии ограничены, говорят нам о том, что прочных, значимых изменений этого показателя почти невозможно достичь с помощью физических упражнений. Если уровень затрачиваемой энергии действительно трудно изменить, независимо от того, сколько мы тренируемся, лучше бороться с ожирением, сосредоточившись на количестве калорий, которые мы потребляем. Физические упражнения по-прежнему необходимы для здоровья! Вам все равно нужно упражняться! Если вы хотите убедиться, что покупка абонемента в спортзал была разумным шагом, перейдите непосредственно к Главе 7, где мы обсудим все важные преимущества нагрузок. Как мы увидим, ограничение ежедневного расхода энергии на самом деле является важной причиной, почему физические упражнения так полезны для вас. Они сохраняют здоровье и жизнь, но просто не помогают сбросить вес. Человеческое тело – это динамичный продукт эволюции, который реагирует на изменения уровня активности и доступности пищи. Теперь, если вы обращаете пристальное внимание на цифры, то можете спросить, почему небольшие изменения в скорости метаболизма (которые можно спровоцировать физической активностью) не важны для борьбы с ожирением. В конце концов, женщины, тренирующиеся для полумарафона, возможно, тратили намного меньше энергии, чем мы ожидали, но все же… 120 ккал в день – это уже немало. Многие программы упражнений показывают некоторое длительное увеличение расхода энергии, даже если оно невелико. Со временем даже небольшой эффект может оказать очень значимым. И даже если метаболизм в итоге приспосабливается к новому режиму упражнений, по крайней мере, в первые недели или месяцы адаптации все же можно наблюдать увеличение энергетических затрат (подробнее об этом дальше). Такой скачок ведь приведет к потере веса, верно? Даже не рассчитывайте на это! Если бы тела были простыми машинами, небольшое увеличение ежедневных энергетических затрат в итоге привело бы к потере веса. Но это не просто механизмы, а динамичные продукты эволюции, который создавались сотни миллионов лет. Они стали гибкими и реагируют на изменения уровня физической активности и доступности пищи. Тела – или, точнее, мозг – управляют как чувством голода, так и скоростью обмена веществ. Поэтому похудеть становится достаточно трудно. Метаболические двигатели тонко настроены, чтобы ежедневные энергетические затраты соответствовали той энергии, которую мы получаем из пищи, и наоборот. (На самом деле, вероятно, именно поэтому животные эволюционировали, ограничивая ежедневные затраты энергии в первую очередь: чтобы они соответствовали количеству доступной пищи.) Даже кратковременный рост уровня ежедневного расхода энергии сопровождается увеличением потребления пищи. Сжигая больше, мы больше едим. Возьмем исследование Midwest Exercise Trial 1, проведенное в США в конце 1990 х годов. Молодые люди, которые вели малоподвижный образ жизни и имели избыточный вес, были случайным образом распределены по двум группам: контрольную и группу физических упражнений. Те, кто тренировался, дошли до того, что сжигали 2000 ккал во время физических упражнений (эквивалент бега на 32 км) каждую неделю в течение шестнадцати месяцев. В такой ситуации тренирующиеся участники эксперимента должны были потерять 18 кг. Вместо этого мужчины сбросили 4,5 кг в течение первых девяти месяцев. После этого они перестали худеть, хотя продолжали тренироваться. Если это звучит мрачновато, то подумайте о женской группе испытуемых: они совсем не потеряли в весе. После шестнадцати месяцев интенсивных физических упражнений под наблюдением они весили ровно столько же, сколько и в первый день (Рис. 5.3). Возможно, им стало немного легче от того, что женщины из контрольной группы, которые не занимались спортом в течение этих шестнадцати месяцев, наоборот, набрали несколько килограммов. После этих неутешительных результатов ученые попытались использовать более жесткий режим тренировок – это исследование получило название Midwest 2. Мужчины и женщины должны были сжигать 2000 и 3000 ккал в неделю соответственно. Для этого им приходилось делать достаточно сложные физические упражнения, которые по интенсивности были эквивалентны пробежке на 30–40 км в неделю (если брать показатели обычного взрослого весом 70 кг) (см. Главу 3). Только 64 % участников завершили десятимесячное исследование, возможно, потому что оно было очень напряженным. Для тех, кто дошел до конца, ежедневные затраты энергии увеличились в среднем всего на 220 ккал/день, что значительно ниже показателя от 285 до 430 ккал/день, которого мы ожидали от подобного режима тренировок. Средняя потеря веса составляла около 4,5 кг, что не сильно отличалось от показаний исследования Midwest 1 и было намного меньше, чем мы ожидали от такого количества упражнений. И не было никаких различий в средней потере веса между группами упражнений на 2000 и 3000 ккал/день, что еще больше говорит о том, что уровень физической нагрузки мало влияет на вес. Еще более удивительно, что для тридцати четырех из семидесяти четырех мужчин и женщин, завершивших исследование, средняя потеря веса была равна нулю. Эти бедняги, прозванные невосприимчивыми, тренировались как сумасшедшие, даже сумели немного увеличить ежедневные энергетические затраты и все равно не похудели. Результаты двух исследований не были аномальными. Все испытания, в которых пытаются добиться потери веса с помощью физических упражнений, показывают одну и ту же картину: чем дольше длится эксперимент, тем меньше потеря веса соответствует ожиданиям (Рис. 5.3). В течение первых двух месяцев результаты видны невооруженным взглядом. Люди обычно теряют вес, однако все равно существует доля неопределенности в отношении того, как организм отреагирует на изменения в краткосрочной перспективе (некоторые, наоборот, набирают массу). Но через год, даже если испытуемых контролируют и следят за их тренировками, показатели веса даже наполовину не оправдывают ожидаемых результатов. К двум годам среднее количество потерянного веса составляет менее 2,5 кг, и многие, как мы видим на примере исследований, и вовсе не худеют. Другими словами, если вы начнете новую программу тренировок завтра и будете придерживаться ее неукоснительно всю жизнь, то, скорее всего, через два года будете весить почти столько же, сколько сейчас. Но вы все равно должны попробовать! Вы станете счастливее, здоровее и проживете дольше. Просто не ожидайте каких-либо существенных изменений веса в долгосрочной перспективе от одних только упражнений. Такие разочаровывающие результаты потери веса частично объясняются своего рода метаболической компенсацией повышенной активности, о которой мы говорили ранее, однако ограниченные ежедневные затраты энергии – это еще не все. Другим важным изменением является то, что физические упражнения заставляют нас больше есть. Мозг хорошо регулирует уровень голода, чтобы компенсировать любое увеличение расхода энергии за счет усиленного потребления (об этом мы поговорим позже). Тесная связь между питанием и энергетическими затратами также объясняет любопытное и противоречивое свойство человеческого метаболизма: сжигание большего количества калорий не защищает от увеличения веса. Как мы обсуждали в Главе 3, существует большая разница в ежедневных затратах энергии между людьми, даже после учета различий массы тела и процента содержания жира. Одни тратят больше энергии каждый день, другие – меньше. (Энергетически затраты двух людей одного роста, возраста, которые к тому же ведут одинаковый образ жизни, могут легко отличаться на 500 ккал в день). Иногда мы даже видим высокие ежедневные затраты энергии в некоторых группах (например, мы измерили повышенные ежедневные затраты в небольшой выборке мужчин хиваро). Но нет никакой связи между быстрым метаболизмом и худобой. Тучные люди тратят столько же энергии каждый день, сколько и худые, после учета различий веса и телосложения (на самом деле, если не делать поправку на массу тела, люди с избыточным весом, как правило, сжигают больше калорий каждый день просто потому, что они крупнее; см. Главу 3 и Рис. 5). И ежедневные затраты энергии (высокие или низкие) ничего не скажут вам о возможности набрать или сбросить вес. Так, например, в эксперименте Эми Люк, в котором участвовали нигерийские и американские женщинам, не было никакой связи между ежедневными энергетическими затратами и увеличением веса в течение следующих двух лет. Исследования на детях показали тот же результат. Люди, которые сжигают больше, не весят меньше. Они просто больше едят. Значит, чтобы похудеть, нам просто нужно меньше есть, верно? Оказывается, это тоже не совсем так. Рис. 5.3. Потеря веса при физической активности. Каждая точка показывает среднюю потерю веса для одного упражнений: 100 процентный показатель означает, что испытуемые сбросили столько кг, сколько ожидалось при том количестве калорий, который они сожгли во время выполнения упражнений. 0 % означает, что они не потеряли вес. Чем дольше длится исследование, тем меньше показатели. Изменения массы тела мужчин (треугольники) и женщин (квадраты) также отмечены в ходе исследования Midwest I. Потерявший больше всех: метаболические реакция на переедание и недоедание «Потерявший больше всех» – это реалити шоу для зрителей, которые не хотят выбирать между вуайеризмом и садизмом. Суть следующая: шестнадцать человек, страдающих ожирением, весят больше 130 кг и отчаянно пытаются изменить ситуацию. Поэтому они отправляются в изолированный тренировочный лагерь для похудения на тринадцать недель. Там они проходят через возмутительную программу. Тренируются по четыре с половиной часа каждый день под строгим надзором грозного тренера. Морят себя голодом, потребляя лишь половину тех калорий, что до этой программы. Иногда, чтобы доставить удовольствие зрителям, конкурсантов дразнят их любимыми блюдами или возможностью позвонить домой. Примерно каждую неделю их взвешивают на публике, словно мясные деликатесы. Человека, который похудел меньше всех, отправляют в слезах домой. Судя по всему, наблюдать за тем, как другие страдают, приносит людям извращенное удовольствие. Как и сама эпидемия ожирения, шоу зародилось в Соединенных Штатах (конечно), но распространилось более чем на тридцать стран по всему миру. Это такое зрелище, которое никогда не пройдет совет по этике исследований на людях. Нагрузка является чрезвычайно высокой, и преднамеренное публичное унижение, как правило, не одобряется. Даже если они позволят вам начать такой проект, плач, несомненно, будет причиной для его закрытия. Но любознательному и умному ученому, изучающему метаболизм и ожирение, шоу предоставляет уникальную возможность. Если люди все равно собираются терпеть это безумие, почему бы не использовать его как возможность увидеть, как организм реагирует на огромное количество упражнений и экстремальные диеты? Так, в 2010 году Кевин Холл возглавил группу исследователей из Национальных институтов здравоохранения США и Центра биомедицинских исследований в Пеннингтоне. Они под руководством Кевина должны были изучать метаболические изменения тех людей, которые участвовали в этом шоу. Ученые измеряли скорость основного обмена, ежедневный расход энергии и уровень гормонов в дополнение к отслеживанию массы тела и жировых отложений. Подобно проекту по изучению энергетических затрат племени хадза, работа Холла показала, насколько гибкими могут быть наши тела. Во-первых, хорошая новость: все участники сильно похудели. К шестой неделе соревнований они потеряли в среднем 13 кг. К 13 й неделе те, кого не отправили домой, сбросили еще 13–18 кг. И к телевизионному финалу и возвращению домой на 30 й неделе, когда на ранчо проводится последнее взвешивание после еще четырех месяцев диеты и упражнений, участники потеряли в среднем 57 кг. Они сожгли эквивалент взрослого человека нормального веса. Были и другие преимущества для здоровья. Уровень глюкозы натощак (уровень сахара в крови) у участников соревнований снизился, как и их инсулинорезистентность, что уменьшило риск развития диабета второго типа. Количество циркулирующих триглицеридов в крови также было ниже, что хорошо для здоровья сердечно сосудистой системы. Теперь плохая новость: их тела находились в режиме голодания. К 30 й неделе скорость основного обмена у них снизилась почти на 700 ккал в день, что равно примерно 25 ти процентам. Этот показатель оказался намного ниже, чем ожидалось при такой потере веса. Изменения происходили намного глубже. Клетки снизили скорость метаболизма, работая и сжигая энергию медленнее. И эти изменения не были временными. Когда Холл и его коллеги снова встретились с участниками через шесть лет после шоу, их СОО была все еще ниже, чем ожидалось. С точки зрения общественного здравоохранения это кажется извращением. Почему их тела противостоят усилиям избавиться от лишнего веса? Но с точки зрения естественного отбора это имеет смысл. Мы как эволюционный продукт, развивавшийся сотни миллионов лет, должны ожидать, что тело чрезвычайно чувствительно к количеству доступной пищи и резервной энергии, которую мы храним в виде жира. Все организмы нуждаются в калориях для жизненно важных задач, и в целом, чем больше они могут сжечь, тем лучше (Глава 3). Рост, развитие и воспроизводство требуют затрат большого количества энергии. Однако все это – игра в блэкджек, но в дарвиновском стиле: «больше» – значит плохо. Если вы тратите больше энергии, чем потребляете, то в итоге станете есть собственное тело – этот феномен исследователи называют отрицательным энергетическим балансом. Некоторое время организму будет хватать жировых запасов (для этого они и предназначены), однако это не может длиться вечно. В конце концов вы умрете с голоду. Неудивительно, что существуют древние эволюционировавшие реакции на отрицательный энергетический баланс у людей и других животных. Когда организм чувствует, что мы едим недостаточно, чтобы удовлетворить ежедневные потребности в энергии, то начинаем подавлять их. Тело изо всех сил старается сбалансировать энергетический бюджет так, чтобы расходы не превышал уровень потребления. Щитовидная железа, главный регулятор скорости обмена веществ, уменьшает количество вырабатываемых тиреоидных гормонов, что похоже на снятие ноги с педали газа. Работа клеток замедляется, что снижает скорость основного обмена и ежедневные затраты энергии. В то же время гормоны и нейронные цепи, управляющие голодом, усиливают стремление к пище. Мы становимся голодными, зацикленными на еде, когда тело направляет умственную энергию на поиск чего-нибудь – чего угодно – съедобного. Это эволюционная реакция на голодание, также известное как «диета». Наш организм нуждается в калориях для выполнения жизненно важных задач – роста, развития, воспроизводства. Реакция на голодание хорошо изучена. Некоторые ранние испытания по измерению скорости метаболизма (конец XVIII и начало XIX века) изучали изменения в организме во время недостатка пищи у людей и других животных. Одно из первых тщательных исследований было проведено в 1917 году Фрэнсисом Бенедиктом и его коллегами в самый разгар Первой мировой войны. Цель эксперимента состояла в том, чтобы лучше изучить ответ организма на голод во время войны и помочь нуждающимся. Двадцать четыре человека студенческого возраста получали половину обычного количества калорий в течение нескольких недель, пока не теряли около 10 % веса. Их скорость основного обмена с поправкой на массу тела снизилась на 10–15 %, они стали раздражительными и потеряли интерес к сексу. Самое известное и основательное исследование голода было проведено в 1944–45 годах, в последние месяцы Второй мировой войны (очевидно, уроки Первой мировой так и не были усвоены, как в плане международной дипломатии, так и физиологии голода). Когда в центре внимания оказались зверства и лишения, исследователи захотели найти лекарство от голода. Ансель Кис и его коллеги из Миннесотского университета отобрали тридцати двух молодых людей, отказавшихся от военной службы по соображениям совести (пацифистские убеждения не позволяли им участвовать в вооруженном конфликте), и посадили их на голодную диету на двадцать четыре недели. Мужчины потребляли всего 1570 ккал в день, что составляло менее половины их предполагаемых ежедневных энергетических затрат в начале исследования. Они потеряли 25 % массы тела. Неудивительно, что их раздражительность и капризность усиливались, в то время как интерес к сексу и другим видам деятельности падал. Они были постоянно голодны, одержимы едой. Пища буквально преследовала их во сне. СОО упала на 20 %, что даже ниже ожидаемого результата. От этих трансформаций не осталось и следа, как только участникам эксперимента разрешили снова есть. Когда их вес вернулся, организм перестал постоянно «жать» на кнопку тревоги. И, в отличие от участников программы «Потерявший больше все», скорость основного обмена людей пришла в норму, как и настроение, либидо и другие аспекты. Они больше не голодали. Примечательно, что вес мужчин при восстановлении после исследования даже повысился: они набрали на пару килограммов больше, чем до начала эксперимента. То же самое произошло и во время испытания Бенедикта во время Первой мировой войны. Феномен повышения веса после периода голодания не так хорошо изучен, но он имеет эволюционный смысл. Недостаток пищи – это достаточно хороший показателем того, что вы находитесь в плохой, непредсказуемой среде. Поэтому идея запастись топливом до следующего раза кажется очень хорошей. Тем не менее, впечатляет, что тела знали, каким должен быть нормальный вес, и возвращались к нему, преставая бить тревогу, когда мужчины достигали массы, как перед исследованием. Очевидно, что механизмы, которые определяют метаболизм и чувство голода, довольно специфично реагируют в отношении веса и телосложения, которые они защищают. Участники программы «Потерявший больше всех» тоже вернулись к своему прежнему весу, несмотря на все усилия. Когда Кевин Холл и его группа узнавали судьбу участников шоу, они выяснили, что все четырнадцать человек (кроме одного) через шесть лет после передачи опять набрали массу. Трое вернулись к первоначальному весу перед шоу, двое других набрали еще больше. И каковы же были их скорость обмена веществ и основного обмена после повторного набора веса? Традиционный взгляд на расход энергии заключается в том, что участники с быстрым метаболизмом и меньшим снижением СОО будут защищены от восстановления веса. В этом случае должна быть отрицательная связь между снижением скорости основного обмена и возвращением лишних килограммов. Конкурсанты с более высокой скоростью основного обмена должны были набрать меньше веса. Вместо этого Холл и его коллеги обнаружили обратное: через шесть лет после шоу участники с высокой скоростью сильнее потолстели. Это удивительный результат, если мы ожидаем, что более высокая скорость основного обмена и ежедневные затраты будут защищать от увеличения веса, но это имеет смысл, если мы понимаем метаболизм с эволюционной точки зрения. СОО и ежедневные затраты энергии не диктуют изменение веса, а реагируют на него. Участники шоу «Потерявший больше всех» голодали как вовремя, так и после соревнования. Их более низкие показатели СОО и ежедневные энергетические затраты были отчаянной попыткой организма поддерживать расход калорий в соответствии с сильно сокращенным потреблением. В последующие годы организм тех участников, которые больше всего ели и набирали вес, сигнализировал о том, что опасность голода миновала. Показатели БСМ и ежедневных энергозатрат подскочили вместе с весом. Роль мозга Имея все доказательства того, что организм динамично реагирует на изменения в физической активности и питании, мы должны начать думать о работе метаболических двигателей по-другому. Нынешний консенсус, которого удалось достичь в науке об обмене веществ, предполагает, что тело – это простая машина: чем больше работы совершает, тем больше калорий сжигает, а чем больше энергии тратит, тем меньше топлива (жира) в нем будет. Однако, как мы только что узнали, это не так. Тело достаточно умно и правильно расходует энергию. Ему подвластны те процессы, которые простые двигатели не могут контролировать. Поэтому нам нужна метафора получше. Чтобы разобраться в метаболизме, мы должны думать о теле как о бизнесе, который является продуктом эволюции и поэтому имеет только одну реальную цель – воспроизводство. Но, как и любому крупному бизнесу, ему приходится выполнять множество операций одновременно, чтобы поддерживать и организовывать работу органов и системы. В этой компании трудятся 37 триллионов сотрудников, клеток, которые каждый день напряженно работают, выполняя свои задачи. Калории – это валюта. Энергия поступает вместе с пищей, которую мы едим, и распределяется между каждой из систем поддержки и их сотрудниками по мере необходимости. Если остаются излишки, они откладывается на текущий счет для быстрого доступа (гликоген) или превращается в сбережения (жир). Гипоталамус – центр управления метаболизмом и множеством других важных функций, поддерживающих жизнь. Строгий и бессердечный дарвиновский менеджер следит за бюджетом, наблюдая, как энергия поступает и уходит. Если энергии поступает больше, чем расходуется, то это обычно является хорошим признаком. Так у нас оказывается больше средств в запасе, а также это позволяет менеджеру распределять больше энергии между теми системами, которые в этом больше всего нуждаются. Если калорий расходуется больше, чем потребляется, то это уже повод для беспокойства. Если дефицит слишком велик или сохраняется достаточно долго, менеджер примет меры и изменит способ траты энергии. В целом, сбалансированный бюджет – баланс между ежедневными энергетическими затратами и потреблением пищи (то есть энергии), доступной нам. Большую часть времени в промышленно развитых странах тело не участвует непосредственно в воспроизводстве (секс, беременность, кормление грудью), но это вряд ли имеет значение. Бизнес должен продолжаться, и поэтому системы поддержки должны постоянно работать. Сделать так, чтобы все 37 триллионов сотрудников были сыты и здоровы, – это уже непростая задача. Взаимодействие с внешним миром требует скоординированных усилий мышц, нервов, мозга, сердца и легких. Защита и ремонт – бесконечные процессы, весь все системы рано или поздно выходят из строя из-за постоянного нападения вирусов, бактерий, загрязняющих веществ и паразитов. И, конечно, сама репродуктивная система нуждается в поддержании. Все это требует энергии, и мозг и пищеварительная система работают вместе без остановок, чтобы получать постоянный запас пищи и превращать ее в полезные питательные вещества (Глава 2). Дарвиновский менеджер, жонглирующий всеми этими задачами, является продуктом эволюции. Когда на часах 12 дня и вы хотите есть, он реагирует на пустой желудок, низкий уровень сахара в крови и другие сигналы, активируя чувство голода в вашем мозге. Когда вы боретесь с гриппом, сонливостью или лихорадкой, именно этот менеджер перераспределяет энергию: то, что могло бы пойти на физическую активность, идет на поддержку иммунитета. Когда вы поедаете чизкейк, именно он направляет все эти калории в системы, которые могут использовать их или же хранить излишки в жировых клетках. Метаболический менеджер – это не просто метафора или карикатура, это ваш мозг. В частности, это гипоталамус, невзрачный клубок нейронов, находящийся в нижней части мозга, как комок серой жевательной резинки. Он является центром управления метаболизмом и множеством других «хозяйственных» функций, которые поддерживают жизнь. Взаимодействуя со стволом мозга, гипоталамус воспринимает поступающую энергию, отслеживая такие показатели крови, как глюкоза и лептин (гормон, выделяемый жировыми клетками, когда они накапливают энергию после недавнего приема пищи), а также нервные сигналы от вкусовых рецепторов, желудка и тонкого кишечника, которые передают информацию о количестве еды и содержании макронутриентов в пище. Гипоталамус также может чувствовать, когда мы голодаем, контролируя уровни грелина (гормона, вырабатываемого желудком, когда он пуст), лептина (который уменьшается, когда жировые клетки истощены) и других сигналов. В ответ эта мозговая структура может управлять метаболизмом, контролируя активность щитовидной железы и выработку ее гормонов. Она также может изменить интенсивность голода, регулируя количество пищи, которую мы должны съесть, чтобы почувствовать насыщение. Вы можете думать о действиях гипоталамуса как об алгоритмах, с которыми мы взаимодействуем каждый день в Интернете. Google, Facebook и любой другой сайт использует сотни фрагментов данных – возраст, пол, местоположение, тип используемого устройства, время суток, историю просмотров, – чтобы подбирать предложения и рекламные объявления, которые мы видим. Все это происходит автоматически, мгновенно и незаметно. Природа алгоритма одинакова для всех, но результаты подстраиваются под нас и нашу конкретную ситуацию. Тот же самый принцип применим и к нашим внутренним алгоритмам, которые управляют метаболизмом. Переменные (лептин, грелин, уровень глюкозы в крови, наполненность желудка, вкус пищи) одинаковы для всех, но непосредственное окружение, генетика и прошлый опыт формируют то, как система оценивает каждый фактор и реагирует на него. Например, низкий уровень лептина дает сигнал гипоталамусу, чтобы тот активировал чувство голода. Однако порог, после которого организм посылает этот сигнал, во многом зависит от генов, привычек питания и типичного уровня лептина в крови. Эволюция формирует метаболические алгоритмы для каждого вида, определяя «нормальные» диапазоны скорости основного обмена, суточных энергозатрат, гормонов, количества жира в организме, уровня глюкозы, триглицеридов и всего остального. При оптимальной СОО гипоталамус и его эволюционировавшие метаболические алгоритмы способны держать все под контролем, управляя потоком калорий в организме (общий термин, который описывает этот процесс, – «гомеостаз»). Но «нормальные» показатели для всех видов разные. Например, как мы читали в предыдущей главе, скорость обмена веществ у людей выше, чем у других обезьян, но у нас также гораздо быстрее формируются жировые отложения, чем у остальных приматов. Это потому, что гипоталамус и его метаболические алгоритмы эволюционировали: они сильнее давят на педаль газа и немного быстрее запасают дополнительную энергию в виде жира. Шимпанзе и другие обезьяны расходуют энергию медленнее и способны сжигать лишние калории или превращать их в мышечную ткань. Эволюционное наследие также определяет то, как мы реагируем на такие проблемы, как нехватка продуктов питания или повышение уровня активности. Когда мы голодаем, гипоталамус действует быстро. Цель состоит в том, чтобы пережить период дефицита, чтобы в будущем, когда ситуация улучшится, иметь возможность размножаться. В течение нескольких дней уровень тиреоидных гормонов, основных гормонов, контролирующих метаболизм, резко падает. Скорость основного обмена снижается (как мы уже знаем из исследования голодания и телешоу «Потерявший больше всех»). Если ограничения в еде носят продолжительный характер, то органы фактически уменьшаются. Но не все системы организма реагируют одинаково. Из тщательного изучения тел людей, умерших от голода, мы знаем, что мозг почти не изменился. Селезенка же резко уменьшилась в размерах. Дарвиновский менеджер принимает трудные решения, выбирает победителей и проигравших, сохраняя функции мозга, но нанося удар по некоторым из иммунных функций. Гипоталамус и метаболические алгоритмы эволюционировали – теперь они быстрее запасают энергию в виде жира. Гипоталамус контролирует почти все в организме, от реакции на стресс до размножения, и может управлять определенными функциями. Например, люди быстро отодвигают вопрос продолжения рода на задний план, когда наступают трудные времена. Испытуемые в экспериментах по изучению голодания теряют интерес к сексу. У женщин часто наблюдается снижение уровня эстрогенов и, если ограничение в пище достаточно сильное, прекращается овуляция. С точки зрения эволюции, отсрочить появление потомства, когда наступают плохие времена, – очень логично. Особенно для нас как для вида, ведь вынашивание и выращивание ребенка с точки зрения энергетических затрат и времени стоят целое состояние. У видов с короткой продолжительностью жизни откладывание процесса размножения означает, что в будущем у них может больше и не быть такого шанса. Вот почему самцы мышей, столкнувшиеся с голодом, сохраняют прежде всего два органа: мозг и яички. Метаболический ответ на повышенную нагрузку, феномен, который мы наблюдаем у физически активных людей (таких как племя хадза или участники марафона) изучен не так хорошо, но, судя по всему, логика тут такая же. Если мышцы требуют больше энергии и истощают жировые запасы, дарвиновский менеджер старается сбалансировать бюджет. В ближайшей перспективе чувство голода усиливается, чтобы соответствовать потреблению и расходу энергии. Однако если высокий уровень ежедневной активности сохраняется в течение нескольких недель или месяцев, происходят и иные изменения. Другие функции, включая репродуктивную, иммунную и реакцию на стресс, подавляются, чтобы можно было пустить эту энергию на физическую активность. (Интересно, что эти метаболические изменения не всегда проявляются в изменении скорости основного обмена так, как мы могли бы ожидать, что мы обсудим в Главе 8.) Поведение также может измениться, побуждая нас больше отдыхать и меньше двигаться. Мы должны ожидать, что эти реакции будут следовать эволюционной логике, отсекая несущественные задачи и ставя во главу угла долгосрочный репродуктивный успех. Через три пять месяцев мы привыкнем к новому режиму тренировок. Ежедневные затраты энергии станут почти такими же, как и до того, как мы начали заниматься. Метаболический бизнес и его 37 триллионов сотрудников приспособятся к новым условиям. Все уловки, которые наш организм использует, чтобы изменить расход энергии, и чувство голода в ответ на физические упражнения и диету заставляют думать, что вес вообще не должен меняться. Поддержание одинаковой массы тела без особых усилий кажется несбыточной мечтой для большинства из нас, но это гораздо более распространенный феномен, чем вы думаете. По крайней мере, так было раньше. У мужчин и женщин племени хадза, например, этот показатель остается стабильным на протяжении всей взрослой жизни: вес и индекс массы тела (ИМТ) практически не меняются с юности до старости. Поразмышляйте над этим минуту. Во время сезонных изменений количества пищи в хорошие и плохие годы и, несмотря на то что мужчины и женщины в возрасте от двадцати до тридцати лет (обычно с маленькими детьми) работают немного усерднее, чем пожилые люди, их вес не меняется. По-видимому, такое легкое управление массой тела было нормой в нашем прошлом. В среде охотников и собирателей, подобной той, в которой мы эволюционировали, люди вполне способны контролировать вес, регулируя метаболизм и чувство голода в соответствии с условиями. Хамна шида. Даже в человеческих «зоопарках» индустриально развитых стран, в которых мы живем сегодня, с неограниченным количеством доступной вкусной пищи, гипоталамус удивительно хорошо выполняет свою работу, сопоставляя расход энергии с потреблением. Когда мы съедаем больше калорий, чем сжигаем, метаболизм ускоряется, поскольку организм пытается использовать часть излишков. Когда мы сжигаем больше калорий, чем едим, чувство голода усиливается, а расход энергии снижается. Конечно, изо дня в день существует некоторое несоответствие между поступающими и сжигаемыми калориями – записывайте свой вес каждое утро в течение месяца, и вы сами увидите эти колебания. Но в долгосрочной перспективе энергетический баланс невероятно точен. Сегодня, в тисках эпидемии ожирения, среднестатистический взрослый американец набирает около 200 г в год, погрешность составляет 1750 ккал. Это всего лишь 5 ккал в день, или менее 0,2 % ежедневных энергетических затрат. Другими словами, не задумываясь об этом ни на секунду, мы подгоняем ежедневное потребление энергии под суточные затраты с точностью до 99,8 % (и наоборот). Более разумное восприятие метаболизма и ожирения Это абсолютно верно, что ожирение является результатом потребления большего количества калорий, чем мы сжигаем. По-другому набрать вес невозможно. И тот факт, что ежедневные затраты энергии достаточно трудно изменить, доказывает, что главным виновником ожирения все-таки является наш рацион. Если тело контролирует ежедневный расход энергии независимо от образа жизни, энергетический дисбаланс и увеличение массы тела вызваны в первую очередь потреблением слишком большого количества калорий. Но это вовсе не значит, что ожирение – это просто вопрос обжорства. Конечно, в некоторых случаях причины нездорового набора веса могут быть ясны: ежедневная привычка есть чизкейк, например, – плохая идея. И люди действительно склонны набирать вес во время праздников из-за всех этих застолий. Но медленный темп увеличения массы тела, который мы видим на собственном примере, когда талия с каждый годом увеличивается, гораздо коварнее. Современная эпидемия ожирения указывает на нарушение способности управлять обменом веществ. Эволюционировавшие алгоритмы достаточно хорошо адаптировались к тому, что еда находится в свободном доступе, и к тому, как организм использует ее (или не использует), однако многие из нас все равно потребляют слишком много пищи. Палеолитический мозг подавлен современной средой. Вместо того, чтобы идеально соотносить потребление с затратами, мы склонны переедать – обычно ненамного, но мы повторяем эту ошибку снова и снова, и со временем у нас накапливаются жировые отложения. Подобно мотылькам, ошибочно принимающим свет на веранде за Луну, мы плохо реагируем на новые условия – условия, которые сами создали, – делая вещи, которые кажутся правильными, но в итоге приводят к неприятностям. Обвиняя метаболизм в лишнем весе, полагаясь на физические упражнения в надежде увеличить ежедневный расход энергии и похудеть или попавшись на крючок последней программы ускорения обмена веществ, мы совершаем фундаментальную ошибку в понимании всего этого процесса. Глобальная эпидемия ожирения – это не проблема энергетических затрат. Во-первых, как мы видим на примере хадза, ежедневные затраты энергии сегодня в промышленно развитом мире такие же, как и в прошлом охотников и собирателей. Человеческое тело невероятно успешно реагирует на изменение уровня активности, чтобы сохранить ежедневные затраты энергии в пределах среднего уровня. Но я думаю, еще важнее то, что ожирение само является причиной метаболических нарушений. Так что мы неправильно понимаем причинно следственную связь. Метаболизм не диктует энергетический баланс – обмен веществ сам реагирует на него. Вернемся на мгновение к метафоре о том, что человеческое тело – это машина. Согласно традиционному принципу этой концепции, мы сидим на водительском сиденье спортивного автомобиля и включаем двигатель. Мы сами можем решить, какую скорость выбрать или когда остановиться для заправки. Это очень привлекательный взгляд на метаболизм, однако он создает ошибочное представление, что мы гораздо лучше контролируем объем веществ, чем на самом деле. В лучшем случае мы пассажиры на заднем сиденье своеобразного метаболического такси. А гипоталамус находится в водительском кресле, держа ногу на педали газа и пристально глядя на датчик уровня топлива. Он держит руку на пульсе, чтобы двигатель работал исправно, и чтобы у него не закончился бензин. Мы можем диктовать маршрут и убеждать водителя ускоряться или замедляться, но реально не контролируем двигатель или частоту заправок. И все же ожирение – это фундаментальная проблема потребления большего количества топлива, чем могут сжечь наши двигатели. Но вместо того, чтобы притворяться, что мы сидим за рулем, нужно спросить, почему эволюционировавшие механизмы, которые обычно точно регулируют потребление и расход энергии, подводят нас в промышленно развитом мире. Потребление и сжигание калорий. Метаболический маг Опубликовав результаты исследования ежедневных энергетических затрат племени хадза в 2012 году, мы были не готовы к реакции, которая за этим последует. Мы полагали, что будет некоторый интерес к работе (конечно, надеялись на это), потому что это было первое измерение расхода энергии в популяции охотников и собирателей и потому что результаты были удивительными и имели большое значение для борьбы с ожирением. Мужчины и женщины хадза были гораздо активнее, чем люди в Соединенных Штатах и Европе, однако все они сжигали одинаковое количество калорий (Рис. 5.1). Мы утверждали, что для преодоления эпидемии ожирения нужно сосредоточиться на питании и потреблении энергии, а не на затратах, которые кажутся ограниченными и труднорегулируемыми. Мы ожидали, что несколько научных журналистов и коллег свяжутся с нами, чтобы обсудить проект. Вместо этого нам звонили люди со всего мира, чтобы поговорить о проделанной работе и полученных результатах. Исследование было опубликовано в журнал Time и о нем говорили на BBC. Teh New York Times попросила меня написать статью об этом эксперименте для воскресного выпуска. Ученые из других лабораторий пытались связаться со мной, чтобы узнать о результатах исследования. Было весело и интересно обсуждать наш проект и то, какую реакцию он вызвал. Как вы понимаете, не все отзывы были положительными. Ярые сторонники упражнений, способных исцелить любые болезни общества, включая некоторых исследователей физической активности в области общественного здравоохранения, возненавидели наше предположение о том, что нагрузки не являются решением проблемы избыточного веса. Масла подлил в огонь и тот факт, что исследование ожирения разделило научное сообщество на два фланга, которые спорили о важности диеты в сравнении с физическими упражнениями. Не помогало и то, что многие новостные статьи об испытании сопровождались вводящими в заблуждение заголовками о том, что мы призываем полностью отказаться от физических упражнений. Мы подчеркнули и в самой публикации (и повторили каждому журналисту, с которым общались), что нагрузка по-прежнему жизненно важна для здоровья, даже если это не лучший инструмент для борьбы с ожирением. Но ни одно из электронных писем или телефонных звонков не были столь ошеломляющими, как утверждения людей о том, что «калории не имеют значения! Я же знал, что попросту трачу время!» Энергетический баланс – количество потребляемых и расходуемых калорий – никак не влияет на массу тела, утверждали они. Конечно, это, казалось, нарушало законы физики, но, как писал один услужливый незнакомец, «человеческое тело – это не паровая машина. Второй закон термодинамики здесь не применим». Эти люди не столько злились, сколько беспокоились, что я просто не понимаю, как на самом деле работает обмен веществ. (Я полагаю, что это была маленькая победа для гендерного равенства, потому среди тех, кто писал мне эти увещевательные письма, было почти равное количество мужчин и женщин.) Разве я не знал, что калории не имеют значения? Я что, не читал Гэри Таубса (Гэри Таубс – американский журналист исследователь в области нутрициологии и питания, автор книги «Почему мы толстеем. Механизмы тела, заставляющие нас переедать»)? Фактически, Таубс был одним из первых, кто связался с нами по электронной почте после публикации исследования. Он был очень великодушен и вдумчив (и явно отвергал часто приписываемую ему идею, что увеличение веса каким-то образом нарушает законы физики). Мы долго переписывались с ним по электронной почте об исследовании племени хадза, чтобы понять влияние рациона на ожирение. Конечно, я знал его работы. Таубс известен в кругах диетологов. Он утверждает, что углеводы (особенно сахара) являются основной причиной избыточного веса из-за особого влияния на уровень инсулина в организме и накопление жира, что мы рассмотрим в следующей главе. Не отвергая законов физики, Таубс пытался доказывать, что калории не важны в борьбе с ожирением. По его мнению, калории, которые мы едим, не оказывают существенного влияния на жировые отложения и увеличение веса, если только не поступают с углеводами. Таубс является лидером движения, которое отвергает калории как значимую переменную. Если вы посмотрите статьи в Интернете, Twitter или почитаете раздел о здоровье и фитнесе в любом журнале, то обнаружите, что там царит антикалорийная политическая революция. Даже знаменитая Weight Watchers (Weight Watchers – компания, которая предлагает различные продукты и услуги для оказания помощи в формировании здоровых привычек, в том числе для похудения и поддержания здоровья, физической формы), известная организация по учету калорий, провела ребрендинг, сосредоточив диетические планы на качестве пищи, а не на ее количестве. Часто нагрузки не являются решением проблемы избыточного веса. Если совсем упрощать, то аргумент о том, что калории не делают вас толстым, имеет такой же смысл, как и утверждение, что деньги не делают богатым. Это магическое мышление. Как мы обсуждали в Главе 2, каждый грамм ткани в теле, тучном или тощем, построен из пищи, которую вы съели. Каждый грамм жира – это калория, которую вы съели, но не сожгли. Однако исследование энергетических затрат племени хадза и другие испытания, о которых мы говорили в этой главе, подчеркивают бессмысленность подсчета калорий: человеческие тела так хорошо приспосабливаются к количеству калорий, которые мы потребляем и сжигаем, что может показаться, что их вообще не существует. Гипоталамус является мастером метаболической регуляции, изменяя расход энергии и чувство голода, а мы даже не замечаем этого. Без инструментов современной науки об обмене веществ считать калории – напрасная затея. Это все равно что пытаться уследить за картами фокусника, когда они исчезают и появляются снова. Энергетический баланс – это единственное, от чего зависит наш вес. Такова физика. Проблема в том, что мы плохо отслеживаем, сколько и какой пищи едим (Глава 3), а точно оценить количество затрачиваемой энергии практически невозможно из за эволюционировавшего метаболизма. Неудивительно, что многие рациональные люди склонны к магическому мышлению, когда речь заходит о калориях. Является ли калория калорией? Да, конечно, это так по определению. Но это не значит, что все продукты оказывают одинаковое воздействие на организм. Гипоталамус и его эволюционировавшие алгоритмы постоянно оценивают количество и качество пищи, которую мы едим, и реагируют на нее. Множество интереснейших исследований за последние несколько десятилетий показали, как различные продукты питания и нутриенты в их составе влияют на работу метаболизма. Масштабная работа была связана с палеодиетой: ученые старались выяснить, какие продукты являются «естественными» для людей. Более подробно мы рассмотрим эту проблему в следующей главе. Племя хадза будет нашим гидом в вопросе о том, как может выглядеть настоящее «меню» охотников и собирателей. Мы также обсудим эволюционировавший рацион человека и способы, которыми различные продукты могут вызывать или предотвращать ожирение. Физические упражнения по-прежнему жизненно важны для здоровья. Ни один из метаболических трюков организма не меняет того факта, что ежедневная активность абсолютно необходима для предотвращения болезней. Ограниченные затраты энергии и метаболическая компенсация делают нагрузки плохим инструментом для похудения (Рис. 5.3), но почти все остальные аспекты здоровья зависят от регулярной активности. На самом деле, как мы обсудим в Главе 7, ограниченные энергетические затраты и метаболические изменения, происходящие в организме в ответ на физические упражнения, являются важной причиной того, что тренировки так важны для здоровья. Но для начала нужно выяснить, как рацион влияет на расход калорий и энергетический баланс. Давайте отправимся в Хадзалэнд и посмотрим, что охотники и собиратели едят на ужин. Глава 6. Настоящие голодные игры: рацион, метаболизм и эволюция человека Мы были в километре от лагеря, когда наш маленький отряд покинул песчаное, сухое русло реки, по которому шел, и начал подниматься в гору. Супружеская пара с первенцем, Мвасад и Халима, любезно согласились взять меня с собой на один день. Мы шли молча: Мвасад впереди, Халима посередине, а я был замыкающим. У женщины на спине висел двухлетний Стефано в перевязи, а в руке она держала палку копалку. Мвасад нес типичный набор инструментов хадза: лук со стрелами, небольшой топор и литровую емкость. Не меняя темпа, Мвасад повел нас вверх по золотистой траве высотой по колено, каменистая почва под ногами проседала под тяжестью каждого шага. Репейники из травы впивались в мои ботинки, и я гадал, когда же мне удастся выкроить минутку, чтобы достать их, или я обречен целый день терпеть эти колючки. Там, на склоне холма, выйдя из тени речного русла, мы ощутили всю мощь экваториального солнца, обжигающего спины. Воздух потрескивал и гудел, как высоковольтный трансформатор. Листья акации танцевали на слабом ветру, поблескивая на свету. Было семь часов утра. Когда мы поднялись на гребень холма, Мвасад начал насвистывать. Плавный и мелодичный звук расколол воздух. Короткая жалобная трель последовала за несколькими минутами тишины, затем повторилась. Его свист не был каким-то вздохом, рассеянным сном наяву. Это было объявление, улетающее к кронам древних медно серых баобабов, возвышавшихся над головой. Звук, казалось, повис в их ветвях. С наступлением утра свист Мвасада стал частью окружающего мира. Это было похоже на Зов Вселенной. Здесь есть кто-нибудь? Незадолго до полудня вселенная ответила ему. Мвасад резко повернул голову в сторону пропущенного мной зова и резко развернулся, чтобы проследить за пением маленькой, но замечательной птички – большим медоуказчиком. Это серое одинокое существо размером около 20 см выживает за счет того, что грабит ульи пчел. Однако делает птица это самым необыкновенным образом: «нанимает» людей для выполнения грязной работы, чтобы они залезали в улья и разграбляли их. И вовсе не трудно найти тех, кто будет рад помочь. Так, племя хадза тоже пользуются медоуказчиком, который помогает им найти самые большие ульи (они обычно находятся высоко в кронах баобабов, и их трудно заметить с земли). Такие люди, как Мвасад, часто насвистывают во время прогулки, давая понять птицам, что они готовы помочь. Медоуказчик, который ищет улей, начинает издавать в ответ протяжный звук «вриппп врииппп». Он порхает рядом с человеком и ведет его к улью. Хадза зовут этот вид птиц «тикилико». Европейские ученые назвали его большой медоуказчик (Indicator indicator). Это партнерство древнее нашего вида. Анализ ДНК показывает, что большой медоуказчик отделился от других видов своего семейства более трех миллионов лет назад. Насколько мы можем судить, его предки с тех пор направляли наших прародителей к меду. Мы разделяем нашу любовь к меду с другими человекообразными обезьянами, поэтому, вероятно, он всегда был частью рациона гомининов. Но в течение последних трех миллионов лет или более они ели достаточно меда, чтобы создать целую нишу для другого вида. Сегодня он остается основным продуктом питания охотников собирателей и земледельцев в регионах земного шара с тропическим и умеренным климатом. Встретить большого медоуказчика можно по всей Африке к югу от Сахары – там он живет и сотрудничает с множеством культур и народов. Члены племени хадза потребляют невероятное количество меда (он составляет около 15 % калорий каждый день), и этому во многом способствуют эти маленькие птички. Брайан Вуд подсчитал, что 8 % или более всех калорий, потребляемых этими охотниками и собирателями, обеспечивают именно большие медоуказчики. Обнаружив медовую ищейку в кроне огромного баобаба, Мвасад принялся за работу. Используя топор, он быстро срубил ближайшее тонкое дерево, около 5 см в диаметре, и разделил его на колышки длиной 30 см. Мужчина засунул их за пояс и начал подниматься по вертикальной поверхности баобаба. Одним ловким движением он вонзил лезвие топора в мягкую серебристую кору баобаба. Затем вытащил орудие и воткнул конец колышка в дыру, а потом ударил по нему обратной стороной топора. Выступающий кусок обеспечивал опору, и Мвасад потянулся к нему, балансируя на одной ноге. Он осторожно повторил процедуру, взгромоздившись на колышек. Удар. Колышек. Вжик вжик вжик. И опять, колышек за колышком прямиком к кроне дерева. Мвасад спустился на землю, чтобы взять тлеющую палку, которая Халима зажгла для него, и маленькую емкость, которую он принес специально для этого случая. Потом снова взобрался на дерево и с помощью зажжённой палки пустил дым в улей. Затем он начал рубить. Удар. Удар. Удар. Это была нелегкая и небыстрая работа, и его несколько раз укусили разъяренные пчелы. (Однажды ко мне под рубашку залетела пчела и ужалила между лопаток. Если бы я в это время находился на дереве, а не на земле, то, наверное, из-за боли не смог бы удержаться на ветке. Весь день после этого мне было ужасно больно. Это не те пчелы, к которым я привык в Пенсильвании.) Мвасад собирал мед и личинок, а затем возвращался обратно на землю вместе с емкостью, полной меда и сот. Мвасад, Халима и Стефано ели мед на обед и высасывали мед и другие полезные вещества из сот, выплевывая комки воска. Они любезно предложили мне разделить с ними трапезу, а я в свою очередь поделился с ними несколькими дешевыми печеньями, которые принес в рюкзаке, и мы устроили небольшой пикник. Мед был дымным и насыщенным. Чудесно. В тот день Мвасад срубил по меньшей мере полдюжины ульев. Я видел, как они с женой съели больше меда, чем я за год. Халима тоже была очень занята, несколько раз останавливаясь во время вылазки, чтобы выкопать дикие клубни из каменистой почвы (это она на рисунке 1.2). Эти дикие клубни – более волокнистые родственники картофеля, ямса и других окультуренных корнеплодов в вашем супермаркете. Они являются краеугольным камнем рациона хадза: богаты энергией и доступны круглый год в больших количествах. Благодаря клубням и меду это был полностью углеводный день (за исключением нескольких личинок). Они что, не читали Гэри Таубса?! Больше данных, меньше криков Как мы уже говорили в предыдущей главе, метаболизм контролируется гипоталамусом, который, в свою очередь, постоянно следит за потребляемой пищей и сжигаемыми калориями, чтобы поддерживать энергетический баланс в организме. Но что-то (или, скорее, много разных факторов) в современной жизни заставляет эту мозговую структуру ошибаться, вынуждая нас потреблять больше калорий, чем мы тратим. Поскольку коллективное метаболическое здоровье мчится, к пропасти, имеет смысл спросить, являются ли продукты, которые мы едим, частью проблемы. Чем пища, которую мы едим сегодня, отличается от той, благодаря которой организм эволюционировал, и как эти различия в питании влияют на вес? Если бы можно было просто вернуться к рационам, для которых изначально были созданы наши тела, конечно, мы были бы здоровее. Проблема в том, что мы не знаем, что ели предки гомининов. Какие-то доказательства найти очень трудно, и обычно они не отвечают на те вопросы, на которые мы хотим узнать ответы: что было в типичном недельном «меню» у людей палеолита? Мои коллеги антропологи часто не решаются сказать слишком много, потому что мы знаем, сколько неопределенности в этом вопросе. Именно здесь в игру вступают шарлатаны, продвигающие диеты, любители и снисходительные медицинские работники, которые получили пятерку по курсу «Введение в эволюцию человека» (или, скорее, уверены в том, что получили высший балл) и считают, что могут объяснять антропологические данные антропологам. Люди, которые сильнее всего уверены в своей правоте относительно питания наших предков, охотников и собирателей, – это, как правило, именно те, у кого меньше всего опыта и подготовки. Слишком самоуверенные заявления от крикливых людей, которые знают не так много, как им кажется, даже имеет официальное название. Это эффект Даннинга – Крюгера (Эффект Даннинга – Крюгера – метакогнитивное искажение, которое заключается в том, что люди, имеющие низкий уровень квалификации, делают ошибочные выводы, принимают неудачные решения и при этом не способны осознавать свои ошибки в силу низкого уровня своей квалификации). В 1999 году Дэвида Даннинга и Джастина Крюгера, психологов из Корнеллского университета, постигло озарение, которое, казалось, объясняло, почему эти люди так раздражают: сама их неквалифицированность не дает им увидеть, насколько они некомпетентны. Чтобы проверить эту гипотезу, они заставили десятки студентов Корнеллского университета сдать тесты на логику, грамматику и (мое любимое) умение распознавать юмор. Затем ученые попросили испытуемых оценить, насколько хорошо, по их мнению, они справились с заданием. Ни для кого не было неожиданностью (а для нас это было настоящим удовлетворением), что наименее осведомленные в вопросе обычно оценивали себя как экспертов в том, что они делали. И эта проблема вовсе не нова. Даже Дарвин говорил, что «уверенность чаще порождается невежеством, нежели знанием». (К счастью, американская общественность осведомлена об этом вопросе и выбирает только умных, справедливых лидеров, компетентных в государственном управлении и опытных в международных делах.) В переполненной экосистеме конкурирующих диетических движений самые громкие голоса, кажется, привлекают больше всего внимания. Приверженцы палеодиеты отличаются жестким, суровым взглядом на человеческую природу и эволюцию. Люди, уверяют они нас, были созданы, чтобы есть мясо, бро. Они настаивают на диетах с высоким содержанием жиров и небольшим количеством углеводов, которые запускают процесс кетогенеза. Эти люди утверждают, что рацион наших предков состоял исключительно из бизонов и в нем не было никаких плодов. Сторонники палеодиет, эти самопровозглашенные плотоядные, против идеи о том, что вегетарианские или (боже упаси) веганские диеты являются полезными или естественными. Они отвергают рекомендации о потреблении растительной пищи и не верят в предостережения о вреде жиров. По их мнению, ни один уважающий себя охотник собиратель не будет придерживаться полного крахмала, богатого углеводами рациона, и они, черт возьми, не будут есть никакого сахара. Веганы могут быть такими же воинственными и раздражающими. Когда я жил в Бруклине и каждое утро и вечер ездил в метро, очень энергичная и расстроенная женщина в поезде на одной из веток обычно ходила по вагонам, разглагольствуя и раздавая брошюры, объясняющие, как люди естественным образом эволюционировали, чтобы есть растения. «Посмотрите на наши зубы! – кричала она. – Мясо гниет в наших кишках!» Может, она и была бдительной диетологом, но не она одна. Об этом говорят и в PETA (Люди за этичное отношение к животным, PETA – организация, позиционирующая свою деятельность как ведение борьбы за права животных). К счастью, мы можем перестать слушать этих диетических экстремистов и взглянуть на данные самостоятельно. Есть три типа убедительных свидетельств, которые говорят нам что-то о рационе наших предков: археологические и палеонтологические данные, этнографические сведения о современных охотниках и собирателях и функциональный анализ человеческого генома. Есть разные нюансы, и очень легко потеряться в таком количестве информации, но общий посыл, следующий: мы эволюционировали как всеядные. Люди едят все, что могут найти, что почти всегда представляет собой микс растительной и животной пищи (и меда). Археологические и палеонтологические данные Если вернуться на семь миллионов лет назад, к тому времени, когда наше подсемейство отделилось от шимпанзе и бонобо, то станет понятно, что предки гоминины были обезьяноподобным растительноядным видом. В течение первых 4–5 миллионов лет эволюции у гомининов различных видов, палеонтологическими данными о которых мы располагаем (включая знаменитый скелет Люси и ее родственников австралопитеков), были коренные зубы (моляры) с округлыми остриями для поедания растительной пищи. У них были длинные руки и слегка изогнутые пальцы, что говорит нам о том, что они часто забирались на деревья, вероятно, за фруктами и другой растительной пищей. Конечно, они, вероятно, охотились на обезьян или другую мелкую дичь, как это делают сегодня шимпанзе и бонобо. Насекомые, возможно, тоже были частью рациона, почти так же, как у шимпанзе – мед, муравьи и термиты. Но все данные, полученные в ходе длительного раннего периода эволюции гомининов, указывают на то, что они питались преимущественно растительной пищей. Также одним из новшеств того периода было выкапывание клубней. У останков австралопитеков, которые жили примерно четыре два миллиона лет назад (Глава 4), были большие коренные зубы с толстой эмалью. На их зубах также остались царапины, которые указывают на осадок в их пище, и изотопная подпись эмали (изотопная подпись – специфическое соотношение нерадиоактивных «стабильных изотопов» или относительно стабильных радиоактивных изотопов определённых химических элементов в исследуемом материале) похожа на ту, которую мы наблюдаем у диких клубней. Шимпанзе иногда выкапывают и едят корнеплоды, но это происходит редко (у нас ситуация прямо противоположная, ведь корнеплоды являются основой рациона людей во многих частях мира). Мы еще не уверены, что австралопитеки ели много клубней (трудно быть убежденным на сто процентов, когда дело касается ископаемых!), но имеющиеся данные свидетельствуют о том, что любовь к картофелю и другим крахмалистым овощам передалась нам по наследству. Примерно 2,5 миллиона лет назад произошел важный сдвиг в питании, связанный с возникновением охоты и собирательства. Мы подробно описали метаболическое воздействие этого изменения в Главе 4, но стоит напомнить о пополнении набора продуктов, которые ели гоминины. По мере того, как предки человека все больше охотились, мясо становилось более важной частью рациона. Мы нашли следы каменных орудий на костях животных, которым 2,5 миллиона лет. 1, 8 миллиона лет назад популяция человека прямоходящего, которую мы обнаружили в Дманиси, питалась антилопами и другими животными. 400 000 лет назад гейдельбергский человек регулярно охотился на диких лошадей и другую крупную дичь. 100 000 лет назад неандертальцы часто ели оленей и мамонтов. Полы пещер неандертальцев усеяны обглоданными остатками пищи, и любовь к мясу очевидна из-за характерных изотопных подписей их костей (у существ, которые едят других животных, наблюдается повышенный уровень изотопа азота 15, концентрация которого повышается по мере продвижения вверх по пищевой цепи). Наш вид был столь же искусен в охоте (доказательства этому – обугленные кости ошеломляющего числа видов, найденные в древних очагах). Появление мяса в рационе имело серьезные последствия для всего организма. В каждом кусочке животной пищи больше энергии – особенно жира, что означает, что для удовлетворения ежедневных потребностей в калориях требуется меньше еды. Теперь не было такой необходимости в больших коренных зубах и других пищеварительных механизмах. Благодаря естественному отбору у нас уменьшились зубы и укоротился кишечник, чтобы перенаправить энергию к другим органам. Сегодня наш пищеварительный тракт на 40 % короче, а печень на 10 % меньше, чем у наших собратьев вегетерианцев – крупных обезьян. Эти трансформации высвобождают около 240 ккал в день, которые мы тратим на большой мозг и другие ресурсы, требующие много энергии (Глава 4). 2,5 миллиона лет назад рацион сильно изменился – возникли охота и собирательство. Тем не менее, среди приверженцев палеодиеты также бытует ошибочное представление о том, что наши предки (охотники и собиратели) занимались только охотой. Возможно, эта точка зрения отражает изначальную предвзятость к ископаемым и палеонтологическим данным. Кости сохраняются гораздо лучше, чем растительная пища, равно как и орудия, используемые для охоты. Среди последних часто можно найти каменные наконечники, которые не разлагаются и не портятся. Как мы видим на примере хадза, для сбора растительной пищи нужны только сильные руки и деревянная палка копалка. Прямые доказательства поедания растений не так легко обнаружить, анализируя археологические и палеонтологические данные, но все признаки указывают на сбалансированный рацион, подобный тому, которого придерживаются современные племена охотников и собирателей. Некоторые из новейших и наиболее интересных исследований питания гомининов основаны на анализе кусочков пиши, застрявшей в зубах ископаемых останков. Аманда Генри из Лейденского университета является пионером в этой развивающейся области изучения человеческой эволюции. Она и ее коллеги тщательно извлекают зубной камень (отвердевший зубной налет) из челюстей окаменелых неандертальцев по всей Европе и на Ближнем Востоке. Изучая их под микроскопом, она обнаружила зерна и крахмал из растительной пищи почти в каждом образце, несмотря на то, что биологического материала было очень мало. Неандертальцы обычно охотились на крупную дичь, но уравновешивали все это мясо богатыми углеводами зернами, крахмалистыми клубнями, сладкими фруктами и орехами. Генри нашла аналогичные свидетельства в окаменелых зубах представителей нашего вида, относящихся к этому периоду. Наши предки, без сомнения, были бы удивлены широко распространенным в сегодняшних кругах приверженцев палеодиет представлением о том, что зерновые и крахмалистые богатые углеводами растительные продукты нужно исключить из меню. Даже мука и хлеб намного древнее, чем мы привыкли думать. Во время археологических раскопок в Иордании были обнаружены древняя печь и обугленные остатки хлеба, которым примерно 14 000 лет, то есть они были приготовлены за тысячи лет до возникновения сельского хозяйства. Муку делали из диких злаков. Хотя находка в Иордании примечательна тем, что является самым древним досельскохозяйственным свидетельством изготовления хлеба, вполне вероятно, что подобная практика была широко распространена еще до того, как были изобретено земледелие. Например, в австралийской культуре аборигены, как известно, делали хлеб из дикого зерна до того, как пшеницу привезли из Европы. Женщины хадза по-прежнему регулярно измельчают плоды баобаба в муку и смешивают ее с водой, чтобы потом съесть. Этнографические данные Сегодня становится все труднее находить современные сообщества охотников и собирателей, подобные племени хадза. Глобализация и неумолимый марш экономического прогресса продолжают маргинализировать большинство этих общин, загоняя их в деревни или, как мы делали в Соединенных Штатах с коренным американским населением, в резервации. Тем не менее есть несколько гордых и счастливых народов, таких как хадза, цимане и хиваро, которые сохранили свои традиции и сумели обособиться от современного развивающегося мира. У нас также есть описания сотен традиционных обществ со всего земного шара, собранные в течение XIX и XX веков, до того, как эти культуры исчезли с лица земли. Вместе эти наблюдения за современными и ранее существовавшими обществами охотников и собирателей и земледельцев дают представление о невероятном разнообразии рационов, которое отличает наш вид. На Рис. 6.2 я набросал примерный план питания для 265 популяций охотников и собирателей по сводкам, которые в 1967 году составил антрополог Джордж Мердок в своем «Этнографическом атласе». Для каждого общества перечислена доля растений, дичи и рыбы в рационе, а также любые продукты из сельскохозяйственных культур или домашнего скота. К сожалению, редко приводятся методы, используемые для определения диетических пропорций, и данные не всегда соответствуют действительности. И все же «Атлас» Мердока используется до сих пор, несмотря на его очевидные недостатки. Когда мы сопоставляем соотношение калорий из растений и мяса с географическим положением (Рис. 6.2), сразу же становятся очевидными две вещи. Во-первых, существует много вариаций. В пределах 50° северной широты (то есть к югу от Виннипега, Канада, и к северу от Фолклендских островов) вы можете встретить как полностью мясные рационы, так и растительные и их комбинации. Диапазон «естественных» систем питания человека огромен. Люди едят все, что им доступно. И это подводит нас ко второму пункту. В действительно холодном климате, выше 50° северной широты, население ест много мяса. (Стоит отметить, однако, что арктические популяции старались добывать растительную пищу везде, где только могли, даже грабя норы грызунов, чтобы украсть их запасы диких клубней.) Почему люди в арктических зонах потребляют много мяса? Потому что растений там почти нет. Мы едим то, что есть вокруг. Рис. 6.2. Рационы питания 265 популяций охотников и собирателей из «Этнографического атлас» Мердока. Каждое сообщество отображается на обоих графиках. В более теплых условиях, ниже 50° северной широты, существует большое разнообразие систем питания, и у большей части населения сбалансированный рацион: он содержит большое количество пищи как животного, так и растительного происхождения (справа). Популяции в холодном субарктическом климате едят много мяса (слева). Мы обнаруживаем большое количество углеводов в рационе более изученных групп, таких как хадза (и о которых у нас достаточно информации). Сообщества хадза, цимане и хиваро получают 65 % и более калорий каждый день из углеводов (сравните это с типичной американской диетой, в которой процент углеводов составляет 50 %; Рис. 6.3). И дело тут не только в меде и клубнях. Неудивительно, что мы никогда не наблюдали кетоза среди мужчин и женщин племени – их рацион настолько далек от кетогенной диеты, насколько это вообще возможно. Большая часть углеводов поступает из крахмалистых овощей, например из их корнеплодов, которые женщины часто приносят домой. Другим источником этих макронутриентов является мед, который они неизменно считают своей любимой пищей. У блогеров диетологов и нутрициологов есть привычка считать мед полезным просто потому, что он натуральный, однако в нем нет ничего особенного. Мед (и все то, что едят хадза) – это просто сахар и вода, с почти таким же содержанием фруктозы и глюкозы, как и высокофруктозный кукурузный сироп. Фактически, метаболизм сахаров и жиров в крови одинаково реагирует на мед, высокофруктозный кукурузный сироп и столовый сахар (сахарозу, которая образуется из фруктозы и глюкозы). Если бы углеводы – особенно сахар – были особенно вредны для вас, то у всех культур, которые потребляют много этих макронутриентов, уже бы развился диабет и сердечные заболевания. Вместо этого у них исключительно здоровые сердца и практически отсутствуют кардиоваскулярные заболевания. В рационе таких племен, как хадза, цимане и хиваро, также мало жиров. Они составляют менее 20 % от ежедневного количества калорий (типичная американская диета состоит из жиров на 40 %). На самом деле, за пределами Крайнего Севера (о чем мы поговорим далее) не найдено никаких хорошо изученных племен охотников и собирателей (таких как хадза) или земледельцев (цимане и хиваро), в чьем рационе отмечалось бы высокое содержание жира. Впечатляющее количество углеводов в питании хадза (и других похожих народов) является зеркальным отражением правила палеодиеты: 30 % белков, 20 % углеводов и 50 % жиров. Некоторые сторонники кето и палеодиеты пошли еще дальше. Дэвид Перлмуттер, автор популярной книги «Еда и мозг», утверждает, не приводя никаких доказательств, что рацион наших предков состоял только из 5 % углеводов и 75 % жиров! Почему так много современных приверженцев палеодиеты настаивают на том, что естественный рацион охотников и собирателей – это низкоуглеводная и высокожировая система питания? Частично ответ кроется в «Атласе» Мердока. Современное палеодвижение было основано в конце 1990 х годов Лореном Корденом, профессором Университета штата Колорадо, который хотел выяснить, почему охотники и собиратели, казалось бы, устойчивы к сердечно сосудистым заболеваниям и другим распространенным западным проблемам. Кордейн был специалистом по физиологии, а не антропологом, поэтому не участвовал в полевых исследованиях и не наблюдал за охотниками и собирателями. Вместо этого он и его сотрудники составили отчет резюме по рациону всех племен охотников и собирателей в «Атласе» Мердока так же, как я на Рисунке 6.2. Они приложили немало усилий, чтобы перевести результаты ученого в точное соотношение жиров, углеводов и белков в рационе, и пришли к выводу, что около 55 % калорий в типичном рационе охотников и собирателей приходятся на животную пищу. Эти исследования породили ряд рецензируемых научных работ и легли в основу влиятельной книги Кордена The Paleo Diet («Палеодиета»), которая положила начало этому движению. Эти исследования были хорошо спланированы, однако все равно не соответствуют действительности. Самое главное – данных Мердока просто недостаточно, чтобы получить точное представление о рационе питания. В его культурных резюме ничего не говорится о жирах, углеводах или белках. Вместо этого ученый назначил диетический балл от 0 до 9, чтобы установить приблизительный процент разной пищи в рационе. По большей части, методы, используемые для определения этих баллов, не описаны. Вполне вероятно, однако, что автор не учел большого количества пищи, содержащей углеводы. Как мы обсуждали в Главе 4, антропологи в начале и середине XX века постоянно упускали из виду вклад женщин, что, в свою очередь, приводило к тому, что ученые недооценивали процент растительной пищи в рационе племени. Кроме того, мы знаем, что в результатах Мердока полностью проигнорирован такой важный компонент диеты, как мед, а он, наоборот, является основной частью рациона хадза и многих других племен охотников и собирателей. Еще один недостаток выводов Кордена заключается в том, что основное внимание уделяется средней доле животной и растительной пищи, а не огромному разнообразию рационов по всему миру. Сосредоточение внимания на среднем показателе предполагает, что есть одна правильная, естественная система питания, а все остальные, наоборот, могут вызвать проблемы со здоровьем. Это имеет такой же смысл, как и утверждение, что существует один правильный рост, и у любого человека, который выше или ниже этого эталона, есть какая-нибудь патология. Для некоторых показателей среднее значение не обладает большой значимостью. Популяции, изображенные на Рис. 6.2, питались пищей естественного происхождения и, насколько мы можем судить, все они были одинаково здоровы, несмотря на то, что рационы питания варьировались от преимущественно растительных до почти полностью мясных. Люди могут быть здоровыми, питаясь абсолютно разной едой, и так и было в прошлом. Не существует единой правильной палеодиеты. В рационе хадза только около 20 % от ежедневного количества калорий занимают жиры – в диете американца – около 40 % жиров. Третья проблема заключается в том, что многие дискуссии в этой сфере, похоже, ведутся о несуществующих фактах (например, предположение Перлмуттера о том, что рацион наших предков на 5 % состояли из углеводов), или же в них сильно искажаются детали. Например, Стивен Финни, врач, биохимик и ярый сторонник низкоуглеводной диеты, часто утверждал, что такие популяции, как масаи в Восточной Африке, пикани, охотящиеся на бизонов в Северной Америке, или популяции инуитов в Арктике являются примерами нашего собирательского прошлого. На самом деле эти три культуры не являются эталонами палеолитической охоты и собирательства. Масаи – это скотоводы, которые пасут коз и крупный рогатый скот. Их образ жизни достаточно древний, но не настолько. Археологические данные показывают, что скотоводство возникло менее 10 000 лет назад. Это произошло всего лишь 6500 лет назад в Африке, когда другие культуры на Ближнем Востоке уже начали заниматься сельским хозяйством. Охота на бизонов, свойственная пикани, тоже началась около 10 000 лет назад. Культуры инуитов и других арктических народов даже моложе – им около 8000 лет. История нашего рода насчитывает 2,5 миллиона лет. И в этом временном промежутке все три образцовые группы, о которых пишет Финни, являются очень молодыми культурами. Эти примеры не являются более древними и показательными, чем ранние сельскохозяйственные общества, против которых выступают приверженцы палеодиеты. На самом деле только небольшой процент людей, живущих сегодня, может проследить свою родословную до арктических или других культур, потребляющих мясо. Финни, вероятно, отличный врач и биохимик, и, как мы обсудим ниже, низкоуглеводные диеты действительно могут быть полезны для некоторых людей. Но все же ему следовало нанять антрополога. Рис. 6.3. Распределение макроэлементов в рационе племен хадза, цимане и хиваро по сравнению с палеодиетами Лорена Кордена и Дэвида Перлмуттера. Последний столбец отражает американский рацион питания, по данным Исследования питания Национального центра статистики здравоохранения США (NHANES), 2011–2014 гг. Стоит упомянуть низкое содержание жиров в рационе питания таких популяций, как цимане, хиваро и других культур (Рис. 6.3), учитывая потенциальную роль жиров в здоровье сердечно сосудистой системы. Хадза, цимане и другие сообщества отличаются здоровым сердцем (даже пожилые люди!), и их диета с низким содержанием жиров может быть одной из причин этого. О болезнях сердца и образе жизни мы поговорим подробнее в следующей главе. Генетические данные Скотоводству, жизни в Арктике и земледелию может быть всего десять тысяч лет, но это все же долгий срок. Как люди всего мира смогли адаптироваться к природным условиям и продуктам питания за последние несколько тысяч лет? Недавние достижения в области генетики позволили найти свидетельства естественного отбора в геноме человека, пролив свет на адаптацию к новому рациону в разных культурах. Как мы видим на примере этнографических свидетельств, люди во всем мире едят то, что растет или бегает вокруг них, и это работает. Скотоводы масаи – это прекрасный пример того, как люди адаптируются к той местности, в которой живут. Молоко составляет значительную часть рациона в скотоводческих культурах, и большая часть энергии в молоке обеспечивается лактозой, дисахаридом, состоящим из глюкозы и галактозы (Глава 2). Как и всем млекопитающим, нам нужен фермент лактаза, чтобы расщеплять лактозу на глюкозу и галактозу в процессе пищеварения. Младенцы вырабатывают лактазу, чтобы переварить материнское молоко, но у большинства людей (вплоть до десяти тысяч лет назад) ген, который отвечает за производство лактазы, «отключается» еще в детстве. Для людей с непереносимостью лактозы это настоящая проблема. Если они едят молочные продукты, то испытывают всевозможные расстройства пищеварения, поскольку сахара лактозы проходят нерасщепленными в толстую кишку, где перевариваются газообразующими бактериями. Около семи тысяч лет назад у популяций скотоводов произошла мутация в гене лактазы, благодаря которой он остается активным на протяжении всей жизни. В скотоводческом обществе эта мутация давала большие преимущества. У этих людей в распоряжении было больше калорий, а еще они не мучились вздутием живота. Они лучше выживали в суровых условиях и имели больше детей – потомков, которые тоже унаследовали мутировавший ген. Примечательно, что подобное в истории происходило дважды, и оба раза это случилось независимо друг от друга в древних скотоводческих популяциях в Восточной Африке и Северной Европе. Сегодня у потомков этих скотоводов есть ген, который отвечает за усвоение лактозы и не «отключается». Устойчивость лактазы (постоянная активность фермента лактазы в зрелом возрасте) – едва ли единственный пример генетической адаптации к рациону. В некоторых генах тоже можно обнаружить недавние и очень древние эволюционные изменения. Например, у людей больше копий гена, который отвечает за амилазу слюны (фермент в слюне, который переваривает крахмал), чем у других обезьян, что приводит к удвоенному количеству этого вещества в нашей слюне. Это, в свою очередь, отражает важность крахмалистой пищи в рационе гомининов. Но в то время, как у всех современных людей есть много генов амилазы слюны для переваривания крахмала, у всех популяций немного различается количество их копий. У культур, которые издавна употребляют большое количество углеводов, как правило, больше копий гена амилазы слюны. Это повышает уровень этого фермента и улучшает способность переваривать крахмал. Существуют также свидетельства генетической адаптации к сельскому хозяйству. Считается, что вариант гена NAT2, который продуцирует фермент, задействованный на нескольких метаболических путях, стал более распространенным в сельскохозяйственных культурах в ответ на снижение уровня пищевых фолатов (фолиевая кислота и ее производные). Появление земледелия в африканских и евразийских популяциях и вызванный этим сдвиг в типах жирных кислот в рационе, по-видимому, повлек изменения в генах десатуразы жирных кислот (FADS1 и 2), которые играют важную роль в метаболизме липидов. Рацион и обмен веществ являются настолько сильными факторами эволюции, что мы можем адаптироваться практически ко всему, что нам приходится есть. Коренные народы, живущие в пустыне, Атакама в Чили, приспособились к высокому уровню мышьяка в воде. Кроме того, благодаря естественному отбору у них даже появился ген, который ускоряет очистку организма от этого вещества. Те, кому не повезло, были исключены из генофонда (они либо были бездетными, либо у них было меньше потомков). Арктические популяции также приспособились есть много мяса, но не в таких количествах, как предполагают сторонники палеодиеты. Исследования инуитов в Гренландии и Канаде показали, что гены FADS также изменились в этих группах, предположительно в ответ на высокое содержание жиров (особенно омега 3 жирных кислот) в рационе, который традиционно включал много тюленьего и китового мяса. Столь сильно завися от мяса и жиров, эти сообщества часто рассматриваются Финни и другими исследователями как отличные примеры преимуществ кетогенной диеты. Но примечательно, что большинство людей в этих группах не могут войти в состояние кетоза. Вместо этого мутировавший вариант гена CPT1A сильно препятствует выработке кетонов («нормальный» вариант гена регулирует выработку кетонов в митохондриях; см. Главу 2). Некетогенный вариант оказался настолько выгоден для существования инуитов и других народов Арктики, что сейчас присутствует в геноме каждой популяции. Сторонники палеодиеты часто рассуждают о преимуществах и древности высокожирового, кетогенного рациона, но в племенах, которые фактически придерживались таких систем питания многие поколения, важную роль сыграл именно естественный отбор. Археологические, этнографические и генетические данные ясно показывают, что люди – это гибкий и высокоадаптивный вид. Мы всеядные и можем есть все, что находим вокруг. Не существует особого, естественного человеческого рациона, и типичная система питания в прошлом не имеет ничего общего с сегодняшними палеодиетами, в которых много мяса, или их столь же ограничительными веганскими противоположностями. Эволюционное прошлое является важным руководством к тому, как наши тела работают сегодня и как сохранить их здоровье – это, в конце концов, один из главных вопросов, о которых мы говорим в этой книге. Однако «правильные» рационы каменного века не всегда могут подходить нам. Мы живем в странном, современном мире, и тот факт, что в прошлом люди не питались определенным образом, не обязательно означает, что мы должны воздерживаться от этого сейчас. На протяжении эволюции у нас не всегда была сантехника, современная медицина, вакцины или литература, но они, несомненно, делают жизнь намного лучше. Наши палеолитические предки не играли на скрипке и не летали на Луну, но это не значит, что мы не должны этого делать. И даже если бы мы захотели вернуться к диете древних охотников и собирателей, то нам было бы очень трудно найти те растения или животных, которыми они питались. Ни один из жирных и сладких продуктов, продающихся в супермаркете или на фермерском рынке, не существовал даже несколько тысяч лет назад. Времена изменились, как и продукты, доступные нам. Что мы должны есть сегодня? Волшебные ингредиенты: сахар, жир и яички Пища обладает силой, намного превосходящей ее питательные свойства. Эффект плацебо очень силен, и культурный вес, который придается многим продуктам (или вообще вещам), может повлиять на то, как мы себя чувствуем, независимо от того, как организм переваривает и усваивает их. Для хадза мясо эпеме – почки, легкие, сердце и яички крупной дичи – считается священным, и только мужчины могут его есть. Маркетологи и шарлатаны придумывают такие мифы и в Соединенных Штатах, хотя им никогда и не удается получить сильного распространения. Нам обещают новый суперфуд каждый месяц: ягоды асаи, гранат, капуста, темный шоколад, яйца, кофе, масло из молока яка, вино. Пока я пишу эту главу, Доктор Оз рекламирует детокс воду, которая якобы ускоряет метаболизм на 77 % (спойлер: это не так). В социальных сетях полно людей, которые клянутся, что эти продукты волшебным образом влияют на здоровье, талию, остроту ума, либидо и уровень энергии, но не приводят никаких убедительных доказательств. Конечно же, для кого-то эти продукты могут и правда оказаться полезными и действенными. Человеческий мозг – мастер самообмана и поиска закономерностей в случайностях. Например, мы видим лицо Девы Марии на сгоревшем тосте. Мы хотим верить. И если достаточное количество людей попробует масло из молока яка, некоторые из них наверняка убедят себя в том, что оно работает или что это единственная причина потери веса или источник жизненной силы. Конечно, те, кто не видит никаких позитивных последствий, не бегут писать в Интернете о том, что у них ничего не вышло. Пищевые табу настолько же сильны, насколько необоснованы. Мужчины и женщины хадза обычно едят недоваренное или немного подгнившее мясо, а мысль о рептилиях или рыбе для них отвратительна. Я люблю суши, устриц, жареных кузнечиков и даже однажды съел гремучую змею, попробовал улитку и откусил немного мяса белки. Но, например, мысль о том, чтобы съесть личинку, вызывает у меня рвотные позывы. В Сардинии сыр, кишащий живыми личинками (касу марцу), считается деликатесом. Американцы и европейцы часто приходят в ужас оттого, что в некоторых азиатских культурах люди едят собак, но я не понимаю, чем от этого отличается употребление в пищу свиней и коров. Благочестивые иудеи, мусульмане и индуисты могли бы согласиться со мной. Не все пищевые табу глубоко укоренены в культуре. У всякого рыночного суперфуда есть злой двойник, злодей: глютен, трансжиры, углеводы (особенно фруктоза), молоко, кофе, яйца, вино. Некоторые персонажи являются двойными агентами, играющими в разных командах в зависимости от эпизода. Научная поддержка большинства суперфудов или суперзлодеев столь же прочна, как и правила племени о змеях и яичках зебры. Когда речь заходит о метаболизме, существует очень мало продуктов, оказывающих какое-либо измеримое воздействие, помимо обычных затрат на пищеварение (Глава 3). Якобы ускоряющие обмен веществ напитки и добавки или детокс вода доктора Оза ничем вам не помогут. (То же самое касается продуктов, которые «очищают» организм или лечат рак: это все опасная ложь.) Продукты с «отрицательной калорийностью», которые якобы требуют больше энергии для переваривания, чем в них содержится (например сельдерей или листовая зелень), – тоже миф. Хотя, кстати, потребление низкокалорийных овощей с высоким содержанием клетчатки – это хороший способ снизить ежедневное потребление калорий, как мы обсудим ниже. Ледяная вода тоже не изменит количество энергии, которую вы тратите каждый день. Даже та еда, которая (и это доказано) ускоряет обмен веществ, оказывает очень скромное влияние. 100 миллиграммов кофеина в чашке кофе увеличивают ежедневные затраты энергии примерно на 20 килокалорий, что эквивалентно пяти драже M&M’s. И как мы обсуждали в предыдущей главе, любое увеличение ежедневных энергетических затрат с большей вероятностью будет компенсировано усилением голода и повышенным потреблением пищи. Жир против сахара Крестным отцом всех пищевых злодеев современного мира является жир. Когда в послевоенной Америке и Европе началась эпидемия сердечно сосудистых заболеваний, никто не чувствовал себя в безопасности. Даже у президента Эйзенхауэра случился сердечный приступ. Ансель Кис, с которым мы познакомились в предыдущей главе, возглавил масштабную международную исследовательскую работу в 1950-60х годах, чтобы справиться с распространяющейся эпидемией. В своей работе он доказал четкую связь между сердечно сосудистыми заболеваниями и потреблением жиров. Эти результаты в значительной степени выдержали испытание временем: наилучшие имеющиеся данные по-прежнему указывают на насыщенные жиры и трансжиры как на важные факторы риска развития сердечно сосудистых заболеваний. Тем не менее попытки сделать из жира настоящего злодея привели к некоторым непредвиденным последствиям. Сокращение количества мяса в рационе устраняет источник белка, который, как мы обсудим ниже, помогает не переедать. Ранние работы также недооценивали потенциальные преимущества ненасыщенных жиров, которые обычно содержатся в рыбе и богатых жирами растительных продуктах (например орехах или авокадо). Возможно, самым важным было то, что война с этим макронутриентом привела к появлению так называемых обработанных продуктов с низким содержанием жира, в которых он был заменен сахаром. Тогда считалось, что эти продукты не наносили вреда сердцу, однако теперь мы понимаем, что замена жира сахаром никак не снижает риск сердечно сосудистых заболеваний. Кис предвидел это. Он утверждал, что жирная пища должна быть заменена богатыми белками сложными углеводами, такими как бобы. Ученый даже написал кулинарную книгу «Доброжелательная фасоль» (The Benevolent Bean) вместе со своей женой. Сегодня главным вопрос диетических войн таков: являются ли сахар и другие углеводы не просто плохой заменой жиров, но и настоящими злодеями? Как мы уже говорили в предыдущей главе, Гэри Таубс и многие другие исследователи годами пытались доказать, что именно сахар был виновником современной эпидемии ожирения и кардиометаболических заболеваний. Жир, утверждают они, никогда не был угрозой здоровью, как это заявляли Кис и другие. По их мнению, попытки общественного здравоохранения отвратить нас от этого макронутриента были колоссальной ошибкой. Они говорят, что мы были бы стройнее и здоровее, если бы придерживались низкоуглеводной диеты и потребляли больше жиров. Легко отмахнуться от этих утверждений, если думать о них с точки зрения магического мышления. Как и во многих других движениях, истинно верующие, возглавляющие атаку с вилами в руках, настолько фанатичны и непоколебимы в своих взглядах, что это уже выходит далеко за рамки любой научной дискуссии. Нет смысла спорить с тем, кто абсолютно уверен, что законы физики неприменимы к человеческому организму, что «калории не имеют значения» и что единственное, что определяет вес, – это количество жиров и углеводов в рационе. Современные утверждения приверженцев палеодиеты о том, что низкоуглеводный рацион был нормой для наших предков, охотников и собирателей, столь же сомнительны, как мы обсуждали выше. И теории заговора о том, что доказательства вреда сахара были запрятаны или игнорировались на протяжении десятилетий, просто смехотворны. Я могу сказать вам не понаслышке, как трудно ученым организовывать обед на конференциях, и мы все получаем огромное удовольствие, бросая вызов друг другу и статус кво. Тем не менее, в основе аргумента против потребления сахара можно распознать механизм, который действительно может способствовать развитию ожирения, диабета и других метаболических заболеваний. Это называется «углеводно инсулиновая модель», она работает следующим образом: употребление богатых углеводами продуктов, особенно тех, которые содержат много легкоусваиваемых сахаров, повышает уровень глюкозы (сахара) в крови. В ответ поджелудочная железа вырабатывает гормон инсулин. Он выполняет широкий спектр задач, но одна из них заключается в перемещении глюкозы из крови в клетки для хранения в виде гликогена или для производства АТФ (Глава 2). Но есть предел тому, сколько гликогена может удерживать организм, а инсулин стимулирует превращение избытка глюкозы в жир и ингибирует пути, которые мобилизуют и сжигают жирные кислоты (см. Рис. 2.1). Следовательно, Таубс и другие сторонники углеводно инсулиновой модели утверждают, что высокоуглеводные диеты парадоксальным образом приводят к уменьшению количества топлива в кровотоке, поскольку глюкоза превращается в жир и откладывается в виде жировой ткани. Организм реагирует так, как будто голодает, уменьшая расход энергии и увеличивая чувство голода, тем самым способствуя перееданию. По их мнению, именно накопление жира является причиной переедания, а не наоборот. Если мы слишком зациклены на калориях, то упускаем саму суть, то есть взаимодействие углеводов и инсулина. Это довольно интригующая идея. Она описывает правдоподобный механизм, объясняющий причины ожирения. Гипотеза излагалась Таубсом, Дэвидом Людвигом и другими в огромном количестве статей и книг на протяжении многих лет. Если бы только она соответствовала действительности… Сторонники низкоуглеводной диеты часто жалуются, что наука игнорирует углеводно инсулиновую модель, но на самом деле множество ученых за последние десятилетия пытались изучить ее. Одним из них был и Кевин Холл, старший научный сотрудник Национальных институтов здоровья США (именно он руководил исследованиями программы «Потерявший больше всех», о которой мы говорили ранее). Испытание заключалось в следующем: команда Холла выбрала нескольких людей с ожирением или избыточным весом для эксперимента и посадила их на диету. Первые четыре недели испытуемые сидели на стандартной высокоуглеводной диете, а затем четыре недели на низкоуглеводной высокожировой кетогенной диете, которая содержала то же самое количество калорий, но менее одной десятой сахара. Участники постоянно теряли вес на протяжении всего исследования, и низкоуглеводная кетогенная диета не отличалась от высокоуглеводной с точки зрения потери жира. Суточные затраты энергии были несколько выше (57 ккал/день) на кетогенной диете, но значительно меньше, чем это предполагалось углеводно инсулиновой моделью. В чем же главная загвоздка? Исследование было разработано в сотрудничестве с Гэри Таубсом и его Nutrition Science Initiative, который, вероятно, думал, что правда окажется на его стороне. Это был именно тот эксперимент, который хотели увидеть сторонники антисахарного подхода, – просто его результаты оказались не такими, на которые они надеялись. В другом исследовании Холл и его коллеги исследовали женщин и мужчин, страдающих ожирением: сначала они питались, как обычно, а потом их перевели на диету с пониженной калорийностью. Теперь испытуемые получали на 30 % меньше калорий, чем раньше, за счет сокращения количества либо углеводов, либо жиров. В этом исследовании у них также были несколько более высокие энергетические затраты на диете с низким содержанием жиров и они потеряли больше жира, придерживаясь этого рациона. Небольшие и противоречивые различия в расходе энергии в этих экспериментах доказывают, что влияние низкоуглеводных диет на этот показатель минимально. И это было подтверждено еще три десятилетия назад Эриком Равуссином и его коллегами, которые не обнаружили никакой разницы в ежедневных затратах энергии у испытуемых, сидящих на высокоуглеводной или жиросодержащей диетах. Крупномасштабные работы, изучающие влияние диет с низким содержанием жиров и углеводов на потерю веса, как правило, доказывают, что они обе одинаково хороши (или плохи). В исследовании DIETFITS, которое частично финансировалось Таубсом и Nutrition Science Initiative, 609 мужчин и женщин случайным образом распределили на две группы: они придерживались диеты либо с низким содержанием углеводов, либо с низким содержанием жиров. Через двенадцать месяцев обе группы потеряли в среднем 6 кг и 2 % жира. Расход энергии на отдых снизился в обеих группах, как и следовало ожидать для людей, теряющих вес (см. Главу 5), но не было никаких различий между диетами (во всяком случае, средние затраты энергии в состоянии покоя были несколько ниже в группе питания с низким содержанием углеводов). Углеводно инсулиновая модель также была протестирована на людях из большой выборки, но она оказалась не лучше (и не хуже) в сравнении с традиционным подходом с низким содержанием жиров. Эпидемиологические данные потребления продуктов питания и ожирения в США и других странах ставят под сомнение идею о том, что ожирение и метаболические заболевания развиваются именно из-за углеводов. В 1960 х и 70 х годах Джон Юдкин, главный представитель современного антисахарного движения, стал оспаривать исследование Киса о роли пищевых жиров в развитии сердечно сосудистых заболеваний. Тогда он мог спокойно оперировать известными данными о том, что количество случаев ожирения в США и в Европе растет с потреблением сахара. Однако в последние десятилетия сахар и метаболические нарушения трудно связать. Уровень смертности от сердечно сосудистых заболеваний (хотя и остается тревожно высоким) неуклонно снижается с 1960 х годов в Соединенных Штатах, несмотря на рост потребления сахара. Смертность от рака в США достигла пика примерно в 1990 году, за десять лет до снижения потребления сахара. Количество потребляемого сахара (включая кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы) достигло пика примерно в 2000 году, но распространенность избыточного веса, ожирения и диабета продолжает расти даже тогда, когда люди едят меньше таких продуктов (Рис. 6.4). Разрыв между потреблением сахара и распространенностью метаболических заболеваний очевиден и в других областях. В Китае процент калорий из жиров резко вырос с начала 1990 х годов, а калорий из углеводов снизился, но количество случаев ожирения и диабета, тем не менее, неуклонно увеличиваются. Поскольку ожирение и метаболические заболевания уже не редкость в развивающихся странах, можно предположить, что рост веса объясняют улучшение экономической ситуации, доступ к легким калориям и избыточное потребление энергии, а не какой-либо один макроэлемент. Рис. 6.4. Потребление сахара на душу населения в Соединенных Штатах неуклонно росло с 1970 года и достигло пика в 2000. Показатели избыточного веса и ожирения (включая крайнюю степень ожирения) и диабета продолжали расти даже после того, как потребление сахара, включая калории из кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы, снизилось. Низкоуглеводные войны еще далеки от завершения. Таубс и другие до сих пор утверждают, что рацион с низким содержанием жиров и высоким содержанием углеводов вызывает болезни. В недавнем исследовании Дэвида Людвига и его коллег изучалась скорость метаболизма у мужчин и женщин до и после потери веса. Ученые сообщили, что у испытуемых были несколько повышенные ежедневные затраты энергии на низкоуглеводной диете в течение периода после потери веса. Повторный анализ их данных, проведенный Кевином Холлом, ставит под сомнение этот вывод, и вполне вероятно, что эффект, если он вообще есть, незначителен. Независимо от того, привела ли низкоуглеводная диета к некоторому повышению энергетических затрат после потери веса, результаты не очень помогают вновь поверить в углеводно инсулиновую модель. Во-первых, потеря веса была достигнута за счет прямого сокращения количества калорий, а не углеводов. И во-вторых, нет никаких признаков того, что большие ежедневные затраты, первоначально заявленные для низкоуглеводной группы, облегчили поддержание веса. Когда мы смотрим на десятки исследований, которые измеряли скорость метаболизма при различных диетах, наиболее вероятно, что соотношение углеводов и жиров оказывает незначительное воздействие или вообще не имеет влияния на ежедневные затраты энергии. Если есть эффект, то он, по-видимому, намного меньше, чем предсказывает углеводно инсулиновая модель, и потенциальные выгоды от любого метаболического скачка, видимо, компенсируются увеличением потребления. Нет никакого явного влияния сахара или других углеводов на жировые отложения или метаболические заболевания, кроме обычной опасности чрезмерного потребления калорий. Сахар, безусловно, вреден для здоровья (как минимум, в нем нет витаминов, клетчатки и других питательных веществ), и сладкие продукты легко переварить, как мы обсудим ниже. Однако есть доказательства того, что калории из сахара (включая сироп с высоким содержанием фруктозы) не хуже и не лучше для веса или метаболического здоровья, чем из жира. Почему низкоуглеводные кетодиеты (и многие другие) так популярны Если углеводно инсулиновая модель неточна, почему низкоуглеводные кетогенные диеты так популярны? В социальных сетях очень много историй о потере лишнего веса, уменьшении талии и излечении от диабета – и все благодаря рациону такого типа. Без сомнения, большинство этих онлайн отзывов искренни и реальны. Потеря веса и улучшение метаболического здоровья, повидимому, меняют жизнь многих людей. Но, хотя результаты могут показаться волшебными, причина, по которой низкоуглеводные диеты работают, проста: они уменьшают потребление энергии и создают отрицательный энергетический баланс. Каждый день вы сжигаете больше калорий, чем потребляете. Низкоуглеводные диеты могут быть особенно эффективны в краткосрочной перспективе, потому что заставляют организм сжигать гликоген. При крайне низкоуглеводной диете (20 г или менее углеводов в день) углеводный метаболический путь, показанный на Рис. 2.1, «закрывается». Когда это происходит, истощаются запасы гликогена – последних пассажиров, которые доставляются с углеводной «линии метро» в митохондрии. В отличие от жира, это соединение удерживает воду. Поскольку организм хранит его в его гидратированной форме, с тремя или четырьмя частями воды, сжигание его также приводит к потере воды и быстрому снижению массы тела. Как только запасы гликогена истощаются, организм полагается на жировой метаболический путь для получения энергии. Вы начнете сжигать накопленный жир, но только в том случае, если ежедневные затраты энергии превысят потребление. Вот где проявляется широко разрекламированная магия низкоуглеводных диет: люди утверждают, что теряют вес, но при этом не уменьшают количество потребляемых калорий. В качестве доказательства они описывают все продукты с высоким содержанием жиров, которые едят, и утверждают, что никогда не чувствуют голода. Они часто подчеркивают, что «не считают калорий», но при этом кажутся уверенными – даже категоричными – в том, что потребляют ровно столько калорий (или даже больше!), сколько и раньше. Такие истории успеха всегда очень радуют, и, если вы найдете диету, которая вам подходит, придерживайтесь ее. Однако нет никакого простого способа потери веса, при котором кто-то худел бы, не потребляя меньше калорий, чем сжигая. И не важно, какие именно эти калории. Таковы законы физики. Люди, которые сидят на низкоуглеводных диетах, могут чувствовать, что потребляют столько же пищи, сколько и раньше, но, как мы обсуждали в Главе 3, все мы довольно неточно оцениваем получаемые за день калории. Конечно, похудеть, не обращая внимания на этот аспект, можно. Точно так же, как и опустошить банковский счет, не обращая внимания на остаток. Но невозможно сбросить вес, не получая меньше калорий, чем вы сжигаете. Низкоуглеводные и кетогенные диеты строятся по таким же правилам, что и другие системы питания, и в сравнении друг с другом они работают одинаково хорошо (или плохо). Мы видели это в исследовании, описанном ранее. Однако даже более масштабные испытания, исследующие более широкий спектр диет, показывают такие же результаты. В исследовании 2005 года Майкл Дансингер и его коллеги произвольно распределили 160 взрослых, живущих в Бостоне и его окрестностях, и перевели каждого из них на год на одну из четырех популярных систем питания: Аткинса, Орниша, весонаблюдателей и зональную диету. Диета Аткинса – низкоуглеводная, Орниша – низкожировая, а диеты весонаблюдателей и зональная находятся где-то между ними. Неудивительно, что было много различий в том, насколько хорошо люди придерживались систем питания, однако показатели были одинаковыми (к каждой из этих диет было легко приспособиться). Важно отметить, что тип рациона никак не влиял на потерю веса. Независимо от диеты, люди теряли вес. Все они работают, если вы их придерживаетесь. Даже самые ужасные диеты могут привести к потере веса и улучшению метаболизма, если сокращают количество потребляемых калорий. Так называемые монотрофные диеты с одним разрешенным продуктом питания (или несколькими продуктами одной группы) часто приводят к потере веса, потому что люди устают есть одно и то же снова и снова и в итоге едят меньше. Картофельная диета является популярным примером. Иллюзионист Пенн Джиллетт, как сообщается, потерял более 45 кг, питаясь только картофелем (который, стоит отметить, полон крахмалов). Марк Хауб, профессор из Университета штата Канзас, в течение десяти недель ел только вредную еду, чтобы доказать, что при потере веса только калории имеют значение. Он даже вел страничку на Facebook, чтобы любой желающий мог наблюдать за его прогрессом. Каждые три часа он съедал бисквит с кремовой начинкой вместо обычной еды, а последним его приемом пищи были чипсы, сахаросодержащие хлопья и печенье. Это похоже на катастрофу для здоровья (и я не рекомендую такую диету!), но ключевой частью головоломки были калории: Хауб ограничил себя 1800 ккал в день, что значительно ниже его ежедневных энергетических затрат. К концу десяти недель он похудел на 12 кг, его индекс массы тела опустился с избыточного (28,8) до нормального (24,9). Кроме того, у него снизился уровень холестерина и триглицеридов. Вполне возможно, что низкоуглеводные диеты полезны для пациентов с диабетом второго типа, так как большая доза углеводов может привести к резкому повышению уровня сахара в крови у людей с нарушенной реакцией на инсулин. (Даже у людей без диабета ограничение количества углеводов приводит к снижению уровня глюкозы в крови.) На самом деле, еще в XVIII веке низкоуглеводные диеты были популярны при лечении этого нарушения. Virta, инициатива в области здравоохранения, основанная Стивеном Финни для изучения преимуществ кетогенной диеты при диабете, дала ряд обнадеживающих результатов. Многие мужчины и женщины, участвующие в низкоуглеводной программе Virta, потеряли вес и уменьшили или даже устранили потребность в инсулине и других лекарствах от своего заболевания. Мы не можем сказать, что низкоуглеводные диеты излечили их, потому что высокий уровень сахара в крови и потребность в лекарствах не заставили бы себя ждать, если бы они вернулись к типичному высокоуглеводному рациону. Но, как бы мы это ни называли, результаты многообещающие, и польза вполне реальная. Часто низкоуглеводные диеты эффективны в краткосрочной перспективе – они заставляют организм сжигать гликоген. Однако до сих пор не ясно, почему программа Virta работает: потому что она основывается на низкоуглеводных продуктах или потому, что они низкокалорийные. Исследование не было разработано для сравнения низкоуглеводных диет с другими. Мы знаем, что значительное похудение может предотвратить дальнейшее развитие диабета второго типа у взрослых с избыточным весом и ожирением, и, похоже, не имеет значения, как вы этого достигнете. В исследовании Дансингера, которое произвольно распределяло людей на низкоуглеводные, низкожировые или смешанные диеты, мужчины и женщины, которым удалось придерживаться своей системы питания, потеряли вес, а показатели воспалительных процессов, уровня «хорошего» холестерина (ЛПВП), чувствительность к инсулину и показатели трех основных факторов риска развития кардиометаболических заболеваний улучшились. Этот прогресс был напрямую связан со степенью потери веса, а не с типом диеты. В диетическом исследовании, где группы мужчин и женщин сидели на низкоуглеводных или обезжиренных диетах, у всех испытуемых наблюдались похожие улучшения кардиометаболического здоровья. В обеих группах было тридцать шесть человек с метаболическим синдромом (метаболический синдром – это комплекс нарушений обмена веществ, при котором повышен риск развития сердечно сосудистых заболеваний и диабета второго типа) Через 12 месяцев после исследования следов болезни не осталось. Потеря веса положительно скажется на здоровье людей с избыточным весом, ожирением, диабетом или другими метаболическими заболеваниями. И, видимо, не так важно, ограничиваете ли вы калории постоянно или вообще пропускаете некоторые приемы пищи. Периодическое голодание, при котором воздерживаются от еды в течение большей части дня, очень популярно при похудении. Такой метод часто рекламируют так же, как и низкоуглеводные диеты: ешьте то, что хотите (когда не голодаете), не утруждайте себя подсчетом калорий, ведь именно так питались наши предки! Но, поскольку наука уже давно раскусила эту теорию, реальность на самом деле намного проще. Рандомизированные исследования, схожие с испытанием Дансингера, показали следующее: люди, которые периодически голодали, ненамного успешнее избавлялись от лишнего веса по сравнению с теми, кто сидел на традиционных диетах с ограниченным количеством калорий. У обеих групп наблюдались схожие результаты: улучшение ответа на инсулин, снижение уровня сахара в крови и повышение количества «хорошего» холестерина. Если у вас избыточный вес, ограничение количества калорий приводит к потере веса и положительным кардиометаболическим результатам, независимо от того, как вы теряете массу. Ничто из этого не пропагандирует какую-то определенную диету. Если вы смогли найти систему питания, которая работает и поддерживает вас в здоровом весе и не дает развиться метаболическим заболеваниям, то придерживайтесь ее. Все эти исследования доказывают одно (то, что мы упускаем). Все диеты работают, потому что ограничивают количество калорий. Однако придерживаться определенной системы питания иногда бывает трудно, потому что, как уже обсуждалось в предыдущей главе, эволюционировавший метаболизм обычно борется с усилиями похудеть, подталкивая есть больше. Вместо того, чтобы верить в волшебство низкоуглеводных диет, стоит подумать о том, почему некоторые люди на низкоуглеводных диетах могут похудеть, не чувствуя при этом, что потребляют меньше калорий. В конце концов, если вы сидите на диете и не ощущаете себя несчастным, то это настоящий успех и за него нужно держаться. Голодный гипоталамус Несмотря на все нападки, которым подверглись законы физики в диетических войнах, имеющиеся научные данные указывают на то, что калории – это единственный реальный фактор, определяющий потерю или увеличение веса. Если вы потребляете больше калорий, чем сжигаете, то набираете вес. Получаете меньше, чем тратите, – худеете. Количество углеводов, жиров и белков не оказывает никакого особого влияния на расход энергии, потерю веса или пользу для здоровья при достижении оптимального веса. Почему же тогда к разным диетам по-разному привыкают, если в каждой из них мы просто сокращаем калории. Почему некоторых проще придерживаться? И если сахар – это не суперзлодей, который заставляет нас болеть, то что же в нашем современном рационе сбивает с пути столь многих из нас? Ответ, похоже, кроется в нашем мозге. Как мы обсуждали в предыдущей главе, наш гипоталамус – невзрачный комочек ткани в нижней части мозга – находится в центре сложной системы, которая регулирует как обмен веществ, так и чувство голода. Стефан Гийанэй, исследователь нейронного контроля аппетита и ожирения, написал основательную и увлекательную книгу «Голодный мозг», в которой подробно описывает, как это работает. Сенсорная информация от вкусовых рецепторов и кишечника дает гипоталамусу подробный отчет о поступающих и сжигаемых калориях, а также о питательных веществах и гормонах, циркулирующих в кровотоке. Гипоталамус реагирует на эту информацию, запуская работу метаболизма и управляя чувством голода таким образом, чтобы поддержать энергетический баланс в организме. Обычно система работает хорошо, правильно сопоставляя потребление и расход. Когда мы едим достаточно для удовлетворения потребностей, то чувствуем себя сытыми и останавливаемся. Когда мы сжигаем свои запасы гликогена и жира, то становимся голодными и начинаем есть. Если мы переедаем или голодаем, метаболизм реагирует соответствующим образом и пытается исправить дисбаланс. Вот почему такие популяции, как хадза, проводят всю взрослую жизнь в одном и том же весе, даже не задумываясь об этом. Но странная и удивительная вселенная продуктов питания, которую мы сами разработали в современном развитом мире, выявила слабость в нашей системе. Для слишком многих из нас продукты, которые мы потребляем, подавляют умение есть умеренно. Короче говоря, современный рацион слишком вкусный. Мы любим пищу по той же причине, что и все остальное: она запускает систему вознаграждения в мозге. Как и у всех животных, от простейших червей до самых высокоразвитых приматов, у нас есть мозг, который поощряет поведение, которое повышает шансы на выживание и размножение. Секс, сахар, социальные связи… все основные, универсальные желания заложены в нас с самого начала. Нейроны в мозге заранее готовы к «хорошим» вещам, поступающим в организм, чтобы запустить реакцию и выпустить молекулы вознаграждения – дофамин и эндоканнабиноиды, – чтобы заставить нас работать усерднее. С точки зрения эволюции, логика проста: организмы, в мозге которых развита система вознаграждения и которые хорошо приспособлены к социальной и физической среде, активнее ищут пищу и партнеров и, как правило, имеют больше потомства, наследующего их нейронные системы вознаграждения. Центры вознаграждения находятся в головном мозге – они заранее готовятся к приятным вещам, поступающим в организм. Поскольку мы такие сложные культурные животные, то обладаем миллионом способов выражения этих желаний и умопомрачительно разнообразным набором ассоциаций для каждой награды. Мозг учится запускать систему вознаграждения при малейшем намеке на надвигающуюся удачу. У нас выделяется слюна при виде пончика или от запаха попкорна, или же мы фантазирует о высоких каблуках или низком голосе – такие ассоциации мозг создает подсознательно. То, что кажется сексуальным, вкусным или социально приемлемым, может полностью отличаться в Гонконге или в Хельсинки, но основные системы вознаграждения везде одинаковы. Человеческий мозг имеет центры вознаграждения, которые реагируют на пищу (особенно на жир и сахар). Но не все продукты вызывают одинаковую реакцию. Некоторые, например такие как несоленая вареная картошка, едва ли смогут активировать систему вознаграждения. Вкусная пища – как правило, сочетание жиров, углеводов и соли – активирует нашу систему вознаграждения подобно симфоническому оркестру, а дофамин и другие молекулы наполняют мозг и заставляют нас чувствовать себя великолепно. Исследователи назвали бы эти восхитительные продукты очень аппетитными. Другими словами, нам нравится их есть. В противовес желанию есть вкусную пищу активируется набор сигналов, который уменьшает вознаграждение и заставляет нас чувствовать себя сытыми. По мере того, как пища переваривается и попадает в кровь, поджелудочная железа вырабатывает инсулин, а жировые клетки – лептин, который воздействует на мозг, подавляя ответную реакцию на пищу. Рецепторы растяжения в желудке и гормональные и нервные сигналы из пищеварительного тракта сообщают мозгу, что мы наелись. Потребление белка также контролируется и заставляет нас чувствовать себя более сытыми, чем больше мы едим (на самом деле, есть убедительные доказательства того, что мы контролируем количество белка, которое потребляем, и не чувствуем себя удовлетворенными, пока не съедим достаточно). Все эти показатели сытости существенно уменьшают «громкость» сигналов вознаграждения, которые дает еда, и заставляют нас чувствовать насыщение, чтобы мы перестали есть, даже если еда вкусная. Ощущения вкуса и сытости управляются системой вознаграждения мозга, которая взаимодействует с гипоталамусом. Он объединяет эти сигналы (и многие другие; здесь мы лишь поверхностно затронули эту тему), чтобы определить голод и насыщение. Как мы уже обсуждали, он обычно отлично справляется с управлением энергетическим балансом и массой тела, по крайней мере в небольших обществах с традиционным рационом, таких как хадза. Современные системы питания подавляют гипоталамус и его способность уравновешивать потребление и расход двумя способами. Во-первых, еда сейчас намного более разнообразная, чем во времена наших предков – охотников и собирателей. Это подрывает способность судить о потреблении, перепрыгивая с одного набора нейронов вознаграждения на другой. Мозг отключает реакцию вознаграждения в ответ на определенные вкусы пищи, но затем снова увеличивает аппетит в результате воздействия нового вкуса или еды. Этот феномен называют сенсорно специфической сытостью. Классический пример – заказать десерт в ресторане, даже если вы уже объелись. Основное блюдо, как правило, соленое, и нейроны активируют реакцию вознаграждения в ответ на жиры и соль в нем. Когда вы закончили с ним, гипоталамус подает сигнал, и вы не сможете съесть больше ни кусочка. Но десерт настолько сладок, что нейроны вновь готовы запускать реакцию вознаграждения. Просто вид десертного меню запускает эту цепочку. Гипоталамус здесь беспомощен. Вы посмеетесь над тем, что у вас еще осталось место для десерта, и закажете крем брюле. Мы знали о раздувающем талию эффекте разнообразия на протяжении десятилетий. На заре эпидемии ожирения, в конце 1970 х годов, исследователи обнаружили, что, если кормить лабораторных крыс сбалансированной лабораторной пищей и водой, то они всегда будут поддерживать здоровый вес. Но если вы предложите им типичный западный рацион со множеством вариантов, то они неизбежно будут переедать и в конце концов наберут вес. После этого открытия ученые провели еще ряд экспериментов и обнаружили такие же показатели и у других видов животных (от обезьян до слонов) и, что неудивительно, у людей. Другая серьезная проблема современных продуктов питания заключается в том, что они буквально предназначены для того, чтобы человек переедал. Этот процесс начался тысячи лет назад, с зарождения земледелия, окультуривания растений и одомашнивания животных. Люди стремились улучшить вкусовые качества продуктов, содержащих сахар и жир. Однако параллельно с этим они хотели сократить количество элементов, которые заставляют нас чувствовать перенасыщение. Индустриализация вывела этот процесс на совершенно новый уровень. Большая часть еды, которую мы покупаем в супермаркете, – это консервированные и упакованные продукты, которые мои друзья хадза находят такими забавными. Они придуманы и изготовлены таким образом, что ни один наш предок не узнал бы их. Клетчатки, белка и всего остального, что заставит нас чувствовать себя сытыми, в них почти не остается, а вот сахара, жира, соли и других компонентов, активирующих систему вознаграждения, наоборот, очень много. В результате добавленные сахара и масла являются двумя главными источниками калорий в типичной американской диете и составляют одну треть той энергии, которую мы получаем. Эволюционировавшие системы вознаграждения не готовы к интенсивности и широте сигналов вознаграждения, которые вызывают современные продукты. Гипоталамус слишком медлителен, чтобы подавить аппетит, и поэтому мы переедаем. Пищевые компании прекрасно знают, что делают. Программы по разработке разных вкусов – это многомиллиардная индустрия, в которой команды ученых используют ошеломляющий набор методов и добавок, чтобы сделать пищу очень вкусной, но не насыщающей: продукты, которые всегда заставляют желать еще. Такая пища предназначена для того, чтобы обхитрить эволюционировавшую систему вознаграждения и насыщения мозга. В дополнение к жиру и сахару, ученые добавляют и химические ароматизаторы. Затем такую еду тестируют на фокус группах, пока не получится идеальный продукт, от которого невозможно оторваться. Ходить по рядам с консервированными и обработанными продуктами, надеясь на палеолитическую систему вознаграждения и гипоталамус, – это все равно что пытаться сражаться топором в перестрелке. «Держу пари, что ты не можешь удержаться и съесть только один кусочек» – звучит как дружеское пари, но пищевые компании знают, что все шансы на победу в этом споре у них. Одна из основных проблем современных продуктов – они как будто предназначены для того, чтобы ими злоупотребляли. Недавнее исследование Кевина Холла и его команды продемонстрировало, какое воздействие оказывают обработанные пищевые продукты. В ходе четырехнедельного клинического исследования мужчины и женщины ели два набора пищевых продуктов: они были идентичны по соотношению углеводов, жиров и белков, а также по клетчатке, натрию и сахару. Большая разница заключалась в их обработке. Один набор блюд состоял из обработанных продуктов, таких как хот доги, расфасованные макаронные изделия и упакованные хлопья для завтрака; другой – из относительно необработанных, таких как говяжья вырезка, филе лосося, свежие фрукты, овощи и рис. Испытуемые ели один набор блюд в течение двух недель, а затем другой (половина участников начинала с обработанных продуктов, половина – с необработанных). Им не давали никаких указаний – ешьте все, что хотите! Результаты оказались тревожными. Испытуемые потребляли на 500 ккал больше каждый день, если ели обработанные продукты, и набирали по 450 г в неделю. Как избежать ловушки ожирения? Широкий спектр вкусных обработанных пищевых продуктов может легко объяснить распространение ожирения в развитых странах за последние несколько десятилетий. Но, хотя увеличение количества доступных пищевых калорий на человека объясняет увеличение среднего веса в популяции, это не говорит ничего о разнообразия форм и размеров тела. Если у нас такое разнообразие вкусных обработанных продуктов, которые окружают нас в любом супермаркете, то почему только некоторые из нас страдают ожирением? Почему некоторые способны избавиться от лишнего веса, несмотря на искушение? Одна их причин заключается в том, что ожирение обычно передается по наследству. Оно является наследуемым заболеванием. Это означает, что, повидимому, существует сильный генетический компонент: люди, которые имеют одни и те же варианты генов, как правило, имеют одинаковый вес. Исследования близнецов в 1990 х годах помогли показать, как проявляются эти сходства. Если вы перекормите людей, они поправятся (неудивительно), но из-за метаболической компенсации, которую мы обсуждали в предыдущей главе, некоторые будут набирать больше, чем другие. Близнецы склонны компенсировать это одинаковыми способами и в результате получают одинаковое количество жира и на одних и тех же участках тела. Близнецы одинаково реагируют на недостаточное питание и потерю веса. Благодаря революции в генетических исследованиях, за последние два десятилетия выявили более девятисот вариантов генов, связанных с ожирением. Как мы и предполагали, почти все они активны в основном в головном мозге, что явно указывает на этот орган как эпицентр дисрегуляции при ожирении. Процесс вознаграждения за еду сложен, равно как и системы, которые отвечают за чувство голода, насыщения и скорость обмена веществ. Части этой системы выстраиваются при помощи генов, которые различаются от человека к человеку. Некоторые вариации делают нас более склонными к перееданию, другие – более устойчивыми. То, как вы питаетесь, может многое сказать о том, легко ли вам поддерживать здоровый вес. Но гены не определяют судьбу. В конце концов, биологическая эволюция достаточно медленна. Те же самые вариации, которые доставляют нам сегодня неприятности в промышленно развитом мире, существовали еще во времена наших прадедов, задолго до эпидемии ожирения. Такие же особенности можно найти в других популяциях по всему миру, например в племени хадза, которые не сталкиваются с метаболическими нарушениями. И мы сами в ответе за те изменения, которые привносим в окружающих мир – и они либо помогают нам, либо вредят. Одна из очевидных стратегий управления весом и поддержания хорошего метаболического здоровья заключается в разработке диеты с учетом продуктов, богатых питательными веществами и без лишних калорий. К счастью для нас, характеристики хорошей и умеренно калорийной системы питания уже давно известны. В ходе фундаментального исследования, проведенного Сьюзен Холт в Сиднейском университете в 1995 году, были протестированы тридцать восемь различных продуктов, чтобы выяснить, какие из них вызывают у людей ощущение наибольшей сытости в течение двух часов после приема одной порции (240 килокалорий). Цельные продукты, такие как свежие фрукты, рыба, мясо и картофель, были самыми сытными. Обработанная пища, такая как белый хлеб, хлопья и ароматизированный йогурт, оказалась менее сытной, а выпечка, например печенья, пирожные и круассаны, показали худший результат. Общая идея была в следующем: содержание белка и клетчатки и энергетическая ценность – самые важные показатели. Продукты с большим количеством пищевых волокон и белка и меньшим количеством калорий на один укус были самыми сытными. Неудивительно, что вкусовые качества также были важным фактором. Еда, которая оценивалась как более приемлемая (то есть она вызывала более сильную реакцию вознаграждения), была наименее насыщающей. Исследования Холт о насыщении предлагает решение, которое устроит всех участников диетических войн, – это условия перемирия для любого воина, готового слушать. Любые диеты, будь то низкоуглеводные или низкожировые, эффективны лишь потому, что исключают продукты, которые не насыщают, и помогают нам чувствовать себя более сытыми при меньшем количестве потребляемых калорий. Овощи, фрукты, мясо и рыба могут быть частью здорового питания, если мы избегаем продуктов, которые подталкивают нас к перееданию. Любители низкоуглеводных диет справедливо отмечают, что мы часто едим слишком много сладкого: оно буквально звенит в колокола нашей системы вознаграждения, не позволяя почувствовать сытость. Сладкие напитки (газировка и спортивные напитки), фруктовые соки и обработанные продукты, богатые углеводами, опасны, потому что в них мало клетчатки (по сравнению с фруктами, которые хорошо насыщают) и они также вызывают реакцию вознаграждения. Жирная пища (особенно обработанные продукты), лишенная белка, может вызвать ту же проблему. Вот почему низкоуглеводная диета обычно фокусируется на мясе и других высокобелковых продуктах, которые уменьшают количество калорий, а не на чувстве насыщения. Растительные и смешанные диеты богаты клетчаткой и даже белком, они снижают потребление энергии, но при этом оставляют нас удовлетворенными. Диета, которая лучше всего вам подходит, будет зависеть от вашей конкретной системы вознаграждения и разнообразия продуктов, которые насыщают вас больше всего и в которых меньше калорий. Даже не садясь на диету, каждый из нас может сделать несколько вещей, чтобы уменьшить потребление калорий, при этом не чувствуя себя несчастными. Если вы уберете калорийные обработанные продукты из дома и с рабочего стола и замените их белковыми или волокнистыми альтернативами (например, простыми орехами, фруктами или свежими овощами), это поможет уменьшить количество потребляемых калорий в день, но при этом вы все равно будете чувствовать себя сытыми. Приготовление пищи самостоятельно также может помочь, так как большинство ресторанов занимаются приготовлением вкусной еды, которой можно съесть слишком много. Мы также можем попытаться снизить напряжение. Эмоциональный и психологический, а также физический стресс, такой как лишение сна, вызывает нарушение регуляции в системе вознаграждения, что приводит к перееданию. Мозг также может научиться заменять эмоциональное и психологическое вознаграждение, к которому мы стремимся, когда чувствуем себя изолированными, напуганными или грустными, пищевым подкреплением. Это приводит к заеданию стресса, а это очень серьезная проблема: даже в лабораторных условиях люди едят больше, если пережили какой-то стрессовый опыт. Сочетание вкусной еды и социального стресса помогает объяснить, почему люди в Соединенных Штатах и других промышленно развитых странах набирают в среднем 0,5–1 кг за праздничные дни каждый год. На протяжении всей жизни хронический стресс может оказывать ужасающе негативное воздействие на вес и здоровье. Неудивительно, что бедность и отсутствие возможностей так сильно ассоциируются с ожирением и кардиометаболическими заболеваниями в США, особенно в афроамериканских сообществах, и других странах, где приходится терпеть проявления вопиющего расизма. Мы разберем некоторые социальные проблемы обмена веществ и метаболического здоровья в Главе 9. Питаться как хадза Утро в лагере хадза. Мы с Брайаном обходили дом за домом, чтобы поймать GPS сигнал (часть нашей работы по изучению ландшафта) и спросить, как идут дела. Недолгая светская беседа в каждой хижине, больше ничего. Люди все еще отходили ото сна. Потом мы добрались до Манаси. Манаси провел ночь на одеяле на земле, под звездами. Такое поведение достаточно типично для неженатых мужчин, когда они проезжают мимо племени, – он даже не построил себе дома, когда приехал сюда неделю назад. Но последние пару дней выдались для него довольно мрачными. Ему не хотелось покидать лагерь. Он сидел на своем одеяле и голой рукой копался в горячей золе небольшого костра, рассказывая о своих недугах. Проблемы с желудком. Судороги. Диарея. Кстати, не хотим ли мы отведать кусочек мяса зебры? Манаси вытащил из пепла тонкий кусок почерневшего мяса зебры и принялся разделять его на три кусочка. Животное было убито пять дней назад, и мясо было разделено между всеми членами племени: тонкие полоски свисали на солнце с ветвей деревьев над каждым домом. Было неясно, как долго этот кусочек лежал в углях, но я с ужасом заметил, что внутри он был розовым, как жвачка. Манаси вручил мне и Брайану мясо, не отрываясь от своего рассказа о желудочно-кишечном заболевании. Желание хадза делиться всем очень сильно, и было бы невежливо отказываться взять пищу. Брайан и я обменялись косыми взглядами: мы сможем это сделать. Я быстро засунул кусок мяса в рот, прежде чем потерял самообладание, и начал жевать, почувствовал вкус и текстуру обугленной кожи, проглотил его, изо всех сил стараясь поверить, что пепел очистил и мясо, и грязные пальцы Манаси. Один из аспектов работы ученым – это публичные выступления, посвященные моим исследованиям. Часто меня спрашивают, что же все-таки едят хадза. Жаль, что я не могу дать вам как-то необычный, экзотический ответ. Я попробовал множество продуктов, которые едят представители племени, от меда и клубней до нескольких видов ягод и мяса. Было бы здорово, если бы я описал вам потустороннюю палитру оттенков и текстур, сложные нюансы вкуса бородавочника, куду (африканский вид антилоп из подсемейства быков) и плодов баобаба. Но правда заключается в том, что пища, которую едят хадза, не очень-то интересна. Если не считать меда и некоторых острых фруктов, вся их еда достаточно пресная. О специях они даже не слышали, иногда только попадается щепотка соли. Еду они практически не готовят: она подается сырой, жареной или вареной. Западные люди вряд ли бы назвали такую ее вкусной. Для них ничто не бывает слишком кровавым, старым или неприглядным. Если вы когда-нибудь открывали гриль на следующий день после барбекю вечеринки и находили там забытую голень и одинокую картофелину, почерневшую на решетке, – перед вами пример того, что едят хадза. Следование принципам рациона хадза, безусловно, окажет положительное влияние на здоровье в промышленно развитом мире. Однако не стремитесь с головой бросаться в этот омут. Это практически невозможно в среде, наводненной очень вкусной обработанной пищей. Не существует магических продуктов, которые нужно боготворить или избегать (ну, кроме яичек и змей, конечно). Рацион хадза не является низкоуглеводным, кетогенным или вегетарианским, они не голодают и не придерживаются периодического голодания. Вместо этого, как и у других малых обществ, он прост: в нем много клубней и ягод, которые богаты клетчаткой, и мяса с большим количеством белка (хадза едят примерно в пять раз больше клетчатки каждый день, чем любой американец). В нем относительно мало жиров (хотя пропорции насыщенных и ненасыщенных жиров не изучались), что, вероятно, помогает защитить от сердечно сосудистых заболеваний. В их местах обитания всегда есть еда (время клубней – любой сезон года), но они усердно работают, чтобы добыть ее. Хадза не окружены большим разнообразием вкусных или обработанных продуктов и не переедают. В результате у них не развиваются ожирение и метаболические заболевания по той простой причине, что пищевая среда не приводит к чрезмерному потреблению. Подходящая диета – это та, которая позволяет достичь здорового веса и поддерживать его и которая не оставляет вас голодными. Если мы привнесем эти уроки правильного питания из саванны в повседневную жизнь, то сможем покончить с диетическими войнами, теориями заговоров и магическими идеями о калориях. Люди – это всеядные существа, и имеющиеся данные о палеолитических и современных охотниках собирателях и контролируемых исследованиях диеты, таких как DIETFITS и работа Холла, показывают, что существует много рационов, которые могу быть полезными для человека. Как правило, мы должны потреблять еду с высоким содержанием клетчатки и белка, которая дает чувство насыщения, и избегать обработанных продуктов с добавлением сахара и жиров, которые активируют систему вознаграждения. Подходящая диета – это та, которая позволяет достичь здорового веса и поддерживать его и которая не оставляет вас голодными. Не нужно подсчитывать калории (что и так очень трудно сделать) или становиться участником научного эксперимента, чтобы отслеживать потребление и расход энергии. Вам просто нужны весы в ванной. Если вы потребляете меньше, чем сжигаете, масса тела будет снижаться. Если вы не достигли желаемого веса, или сидите не на той диете, то тогда нужно просто пробовать другую пищу. Диеты – это только часть решения проблемы по сохранению здоровья, лишь половина метаболического уравнения. Улучшенная пищевая среда поможет регулировать вес и потребление энергии, но это не повлияет на количество сжигаемых калорий. Для этого нам нужно сосредоточиться на физической активности. В предыдущей главе мы развенчали идею о том, что упражнения – это полезный инструмент для похудения. Столкнувшись с ростом уровня ежедневной физической активности, организм приспосабливается, экономя энергию в другом месте, чтобы держать ежедневные затраты под контролем. Любое длительное увеличение суточного расхода сопровождается повышением потребления, сводя на нет потенциал для потери веса. Но, хотя физические упражнения не влияют на количество калорий, которые мы тратим каждый день, они воздействуют на способ их сжигания. В этом и заключается разница между здоровым и больным организмом. Чтобы оставаться здоровыми, как хадза, мы должны двигаться, как охотники и собиратели. Чтобы понять почему, давайте навестим наших кузенов обезьян, живущих глубоко в африканском тропическом лесу. Глава 7. Беги! Когда мой самолет летел по ночному небу на высоте 10 000 метров над пустыней Сахара, я смотрел вниз через маленькое пластиковое окошко иллюминатора в необъятную черноту внизу и гадал, что же найду там, когда мы приземлимся. Это была моя первая поездка в Африку, и я направлялся в Уганду, чтобы изучать, как лазают шимпанзе. Путешествуя в одиночку в эпоху, когда еще не было сотовых телефонов, я понимал, что единственной подушкой безопасности был распечатанный лист бумаги, несколько полезных советов, собранных и переданных другими аспирантами, о том, как договориться о поездке из аэропорта в Энтеббе в столицу Кампала на такси, а затем на автобусе в Национальный парк Кибале в самом сердце страны. Я еще раз просмотрел контрольные списки и снаряжение, которые нес с собой, и мысленно отрепетировал разговор, который мне предстояло вести с толпой таксистов в аэропорту, чтобы договориться о стоимости проезда до Кампалы. Расслабься, напомнил я себе. Ты готов. По большей части так оно и было. Я был настоящим новичком в полевых работах в тропических лесах, но готовился к этому в течение нескольких недель. Резиновые сапоги, рубашки с длинными рукавами и брюки, дождевик. Два огромных вещевых мешка, полных снаряжения, большая часть которого принадлежала моему куратору, использовавшему (как и все хорошие руководители) аспирантов как мулов, чтобы перевезти все вещи на место. Мне вкололи сразу несколько вакцин, кроме того, я тщательно принимал профилактические средства от малярии. Я добрался до отеля в Кампале, а затем до Кибале, и меня даже не похитили. Из листка с советами я узнал, как приветствовать людей на руторо, местном языке («Олиота!» для одного человека, «Мулимута!» для групп; ответ всегда «Курунги!»). Я даже был готов к появлению насекомых. Комары и прочие жужжащие твари оказались не так страшны, как я опасался. Я выдавливал из кожи личинок мух тумбу, как прыщи, радуясь, что они не забрались под кожу в более интимных местах. В первый раз, когда на меня набросились кусачие кочевые муравьи, я сорвал с себя штаны, сдернув их с бедер, как старый профи. Я даже ухитрился вытащить клеща из носа, он забрался очень глубоко, вверх по переносице к глазам. Мне понадобилось только немного терпения и металлический пинцет Revlon, который я одолжил у сочувствующего (и ужаснувшегося) коллеги исследователя. Но к запаху шимпанзе я готов не был. В первый день исследовательской экспедиции в лесу национального парка Кибале мы поднялись на небольшой холмик, с которого можно было обозревать местность вокруг, и остановились в молчании. Прямо впереди, примерно в тридцати метрах, группа шимпанзе неспешно подошла к огромному раскидистому фиговому дереву, их тела были ярко черными в приглушенных зеленых и коричневых тонах леса. Один за другим они вскарабкались на навес и принялись есть, развалившись на массивных ветвях и пожирая горстями инжир, как греческие боги. Это был первый раз, когда я видел обезьян в дикой природе, и это навсегда осталось в моей памяти. Как и все исследователи, участвовавшие в Кибальском проекте по изу чению шимпанзе, я знал правила. Мы должны были спокойно наблюдать за животными и предоставить им полную свободу. Мы находились в их мире и должны были уважать это. И первые несколько дней все шло по плану. Мы просыпались до рассвета, находили шимпанзе и следовали за ними так долго, как только могли (часто до сумерек), всегда держась на безопасном расстоянии, не менее двадцати метров. Это было захватывающе, но все равно немного походило на поездку в зоопарк. Обезьяны держались достаточно далеко, чтобы я мог сохранять дистанцию. Они были животными, а я был серьезным исследователем, старательно наблюдавшим за ними с отстраненностью ученого. Затем, где-то в конце первой недели, группа шимпанзе застала нас врасплох, когда мы последовали за ними, вернувшись назад и проходя по нашим следам всего в нескольких метрах. Это было достаточно близко, чтобы мы могли почувствовать их запах. Это был резкий, древесный мускус, который говорил о жизни во влажном лесу, но все еще тревожно напоминал запах человека. Это интуитивное озарение, казалось, пробудило меня от сна наяву. Внезапно мне показалось, что я больше не наблюдаю за животными. Эти существа были чемто большим. Питер Сингер, философ моралист из Принстонского университета, весьма убедительно доказывал, что граница, которую мы проводим между видами, произвольна, что разумные животные морально равны людям. Выросший в сельской местности Западной Пенсильвании, где наблюдал за животными в лесах, на пастбищах, а иногда и через прицел охотничьего ружья, я понимал, что наш вид – это всего лишь одна тонкая веточка среди миллионов других на древе жизни. Но при этом у меня в голове не возникало путаницы между человеческой ветвью и другими. Представление о том, что люди не отличаются друг от друга, что грань между нами и другими существами произвольна и бессмысленна, показалось бы абсурдным мне прошлому, который не провел и дня в дикой природе. Теперь, стоя посреди тропического леса Уганды, я не был уверен, на что смотрю. В моем сознании все еще было разделение между человеком и животным, но шимпанзе приобрели наши черты. Я пробормотал что-то одной бывалой исследовательнице из нашей команды. Она бросила на меня понимающий взгляд и повернулась, чтобы последовать за обезьянами. Конечно, это сверхъестественное родство и есть причина, по которой мы находим обезьян такими очаровательными. Мы не можем не видеть в них самих себя. Именно их невероятная человечность побудила юную Джейн Гудолл навсегда отказаться от традиции и дать шимпанзе Национального парка Гомбе Стрим такие имена, как Фифи и Гремлин, а не обычные серийные номера, которыми предыдущие поколения экологов обозначали своих подопечных. С тех пор как Гудолл, Дайан Фосси и Бируте Галдикас начали работу с дикими обезьянами в 1960 х годах, мы узнали, насколько наши ближайшие эволюционные родственники похожи на нас телом и поведением (см. Рис. 4.1). У шимпанзе, бонобо, горилл и орангутангов сложная социальная жизнь и длительная дружба. Они охотятся и используют самые разнообразные орудия, борются и играют, дерутся и жалуются, и, кажется, скорбят, когда умирают их близкие. Обезьяны даже имеют что-то вроде культуры: благодаря собратьям они усваивают различные социальные нормы и приемы добывания пищи. Каждый человек в современном мире нуждается в физической активности, чтобы организм функционировал правильно. У нас с обезьянами даже есть общие привычки. Как я узнал тем летом в Кибале, шимпанзе ленивы. Правда, они невероятно сильны, способны без особых усилий взбираться на гигантские деревья, а самцы иногда яростно дерутся друг с другом. Но на каждый такой всплеск физической активности, на рывок через лес или вопль альфа-самца приходится несколько часов бесцельного ничегонеделания. Шимпанзе и дру гие человекообразные обезьяны спят по девять десять часов каждую ночь и проводят еще десять часов в день, отдыхая, ухаживая за собой или питаясь. Каждый день они проходят меньше, чем типичный американец, и не поднимаются так высоко, как вы могли бы подумать. Наблюдения того лета в Кибале показали, что шимпанзе поднимаются примерно на 100 м в день, что эквивалентно 1,5 км ходьбы. Та же история и с другими обезьянами: они впечатляюще ленивы. Для нас такое безделье – это настоящая катастрофа. Люди, ведущие сидячий образ жизни, более склонны к развитию кардиометаболических заболеваний, включая болезни сердца и диабет. Однако, несмотря на лень, обезьяны не болеют. Диабет редко встречается у приматов даже в зоопарках. У них от природы высокий уровень холестерина, но артерии не закупориваются. Основной причиной смерти у обезьян, содержащихся в неволе, является кардиомиопатия – патология сердечной мышцы, причины которой до конца не известны. Но они, похоже, невосприимчивы к сердечным заболеваниям, которые поражают людей. У обезьян не бывает затвердевших сосудов и не случаются сердечные приступы из-за закупорки коронарных артерий. Они всегда остаются стройными. Как показала моя работа со Стивом Россом, Мэри Браун и другими (Глава 1), у шимпанзе и бонобо, живущих в зоопарках, жир составляет менее 10 % от массы тела. Тот факт, что нашим ближайшим эволюционным родственникам не нужно быть активными, чтобы оставаться здоровыми, говорит о том, что физические упражнения не настолько нам необходимы, как вода, или кислород или любая другая вещь, нужная всем животным для выживания. Наша потребность в упражнениях своеобразна. Это отличает нас от других. По мере того, как предки гоминины эволюционировали в охотников и собирателей, тело адаптировалось к физическим нагрузкам, сопутствующим такому образу жизни. И это изменение затронуло все части тела: мышцы, сердце, мозг, кишечник. Как мы обсуждали в Главе 4, эта трансформация коренным образом изменила темп работы клеток, увеличив скорость обмена веществ, чтобы удовлетворить энергетические потребности нашей метаболической стратегии. Сегодня мы пожинаем плоды такой эволюции: наши тела созданы для того, чтобы двигаться. В современном промышленно развитом мире, где человек свободен от ежедневных поисков пищи, мы нуждаемся в физических упражнениях, чтобы организм функционировал должным образом. Это наследие прошлого охотников и собирателей. Прошлое диктует эволюционный контекст для упражнений и дает ответ на вопрос, почему нагрузка так важна. Однако оно не говорит нам о том, как занятия спортом сохраняют здоровье. Из работы по исследованию жизни племени хадза (Глава 5) мы знаем, что распространенное мнение о том, что упражнения помогают сжигать больше калорий, ошибочно. К сожалению, когда многие люди узнают, что нагрузка не оказывает большого влияния на ежедневные затраты энергии или на вес, они предполагают, что физические упражнения вовсе не важны. Это именно то ошибочное мнение, к которому не стоит прислушиваться. Данные, собранные за последние несколько десятилетий, совершенно точно доказывают, что наши тела работают лучше, когда мы тренируемся. Но если физические упражнения не увеличивают количество калорий, которые мы сжигаем каждый день, как именно они сохраняют здоровье? В этой главе мы подробно рассмотрим воздействие физической активности на организм, в частности влияние упражнений на обмен веществ. Как мы увидим, метаболический ответ на нагрузку – сотни компромиссов и адаптаций, которые контролируют ежедневные затраты энергии, – является главным доказательством того, что физические упражнения полезны. Ограничение ежедневных энергетических затрат – это главная причина, по которой регулярная активность так важна. И оно не оправдывает отказ от тренировок. Занятия спортом не меняют количество калорий, которые вы сжигаете каждый день, но влияют на то, как вы их тратите – и это имеет большое значение. Упражнения повсюду Польза нагрузок не ограничивается их воздействием на метаболизм. Физические упражнения делают вас сильнее и здоровее, и это отличный способ продлить жизнь. Один интересный пример: у мужчин, которые могут отжаться более десяти раз за один подход, снижается риск сердечного приступа более чем на 60 % по сравнению с теми, которые не могут этого сделать. (Давайте, отложите книгу и попробуйте выполнить это упражнение. Я подожду.) Аэробные тренировки связаны с улучшением кардиометаболического здоровья – и, соответственно, с более долгой и здоровой жизнью. Преимущества физической силы становятся еще важнее с возрастом. Одним из стандартных показателей физической подготовки у пожилых людей является тест с шестиминутной ходьбой, за время которого человек проходит как можно больше (как вы уже догадались) за шесть минут. У пожилых людей, которые могут пройти хотя бы 365 м за это время, на 50 % снижается риск смерти в следующем десятилетии по сравнению с теми, кто не может пройти 300 м. Энергичная деятельность, при которой человек затрачивает 6 или более MET (Глава 3), оказывает положительное воздействие на все тело. Это такие виды активности, как бег трусцой, игра в футбол или баскетбол, альпинизм или езда на велосипеде, которые действительно учащают сердцебиение. Энергичные физические упражнения заставляют кровь мчаться по артериям, вызывая высвобождение оксида азота, который делает сосуды открытыми и эластичными. Гибкие сосуды поддерживают низкое артериальное давление и с меньшей вероятностью закупориваются или лопаются, что приводит к сердечным приступам и инсультам. Умеренная активность (от 3 до 6 MET, то есть быстрая прогулка, медленная езда на велосипеде или занятие садоводством) тоже хороша. Она помогает при транспортировке глюкозы из крови в клетки, а также, как известно, улучшает настроение, снижает стресс и даже может помочь при лечении депрессии. Регулярные физические упражнения сохраняют остроту ума, замедляя скорость когнитивного старения с возрастом. Бег и другие аэробные упражнения усиливают приток крови к мозгу и вызывают высвобождение нейротрофинов, молекул, которые способствуют росту и здоровью клеток мозга. Дэйв Райхлен и его коллеги утверждают, что ходьба и бег улучшают когнитивные функции, заставляя мозг координировать поток визуальной и другой сенсорной информации для навигации и поддержания скорости и равновесия. На этом польза упражнений не заканчивается. Как рассказывает Дэниел Либерман, мой научный руководитель из Гарвардского университета, в своей новой книге Exercised («Натренированный)», физическая активность влияет на все системы организма, от иммунной до репродуктивной. Сигнальные механизмы все еще изучаются, но их диапазон ошеломляет. В дополнение к непосредственному вовлечению нервной и кровеносной систем, которые распространяются по всему телу, во время тренировок мышцы высвобождают сотни молекул в кровоток. Мы только начинаем понимать все мириады способов воздействия на нас физических упражнений. Ни одна часть организма не остается незатронутой. Еще один взгляд на связь метаболизма и упражнений Фундаментальный вывод, который мы можем сделать из исследования племени хадза и других физически активных популяций, состоит в том, что у человеческого тела фиксированный энергетический бюджет. Это модель ограниченного ежедневного расхода энергии (Глава 5). Как и у других животных, наши эволюционировавшие метаболические системы работают над тем, чтобы поддерживать общее одинаковое количество энергии, затрачиваемое каждый день, даже когда требования постоянно меняются. Конечно, мы будем испытывать ежедневные колебания в расходовании энергии, сжигая больше калорий, если тренируемся, и меньше, если не делаем этого. Но тело приспосабливается к рутине, обычной рабочей нагрузке. По мере увеличения количества энергии, затрачиваемой на физическую активность, калорий, доступных для выполнения других задач, становится меньше (Рис. 7.1). Ограниченные ежедневные затраты энергии меняют наш взгляд на роль физических упражнений в ежедневном энергетическом бюджете. При фиксированном расходе энергии все работает по принципу компромиссов. Вместо того, чтобы увеличивать количество сжигаемых калорий, физические упражнения уменьшают энергию, затрачиваемую на другие виды деятельности. Вы не можете потратить одну калорию дважды. В то время как важность таких компромиссов была понята еще со времен Дарвина, они все равно были проигнорированы общественным здравоохранением. Вместо этого, как мы обсуждали в Главах 3 и 4, клиницисты и исследователи в этой области придерживались устаревшего мнения о метаболизме и настаивали на том, что физические упражнения просто увеличивают ежедневный расход и не влияют на распределение энергии на разные задачи. Только недавно, с ростом числа исследований ежедневных энергозатрат, модель ограниченного ежедневного расхода энергии вышла на первый план. В результате мы только начинаем понимать важность метаболических компромиссов в физических упражнениях и здоровье. В двух последних главах мы уже видели, насколько чуткими могут быть эволюционировавшие метаболические механизмы. Столкнувшись с ограничением калорий, гипоталамус снижает скорость метаболизма и усиливает стремление к еде. Когда в организм поступает слишком много калорий, скорость обмена веществ повышается, тратя большую часть избыточной энергии. Задумайтесь на мгновение о том, что это означает для ваших органов и тех задач, которые они выполняют: когда энергии мало, некоторые несущественные метаболические процессы подавляются; когда организм находится в балансе, им, наоборот, отдается предпочтение. Влияние ежедневной физической активности на другие метаболические затраты показано на Рис. 7.1. Неудивительно, что люди и другие животные как наследники полумиллиарда лет эволюции позвоночных очень хорошо понимают, какие задачи организм начинает игнорировать, когда наступают плохие времена, а какие, наоборот, выполняются еще тщательнее. Мой любимый пример – эксперименты над мышами в лаборатории Джона Спикмена, о которых я упоминал в Главе 5. Его команда разделила животных на группы, и в каждой грызуны потребляли разное количество калорий. Во время этого исследования удалось измерить, как мышиный организм реагировал, когда дефицит энергии становился все более и более ощутимым. Обмен веществ резко замедлился, а масса тела стала, как и ожидалось, меньше. Однако эффект такой диеты поразному сказался на разных частях тела грызунов. Объем большинства органов, таких как сердце, легкие и печень, сокращался (и они сжигали меньше энергии) по мере того, как мыши теряли вес. Мозг же не изменился. Желудок и кишечник увеличились, потому что пытались выжать из пищи все до последней калории. Но самая большая разница наблюдалась между селезенкой и детородными органами мыши. Селезенка, главный орган иммунной системы, уменьшился больше всего по сравнению с другими. Яички, наоборот, почти не менялись, пока дефицит энергии не стал действительно отчаянным. Я люблю это исследование, потому что оно раскрывает эволюционировавшую метаболическую стратегию мышей: жизнь коротка, рожайте детей. Иммунная система не так важна. У таких долгоживущих видов, как мы, эволюционировавшая метаболическая стратегия различается. Работа Сэма Урлахера с племенем хиваро показала, что дети, борющиеся с инфекцией, тратят больше энергии на иммунную защиту, что одновременно провоцирует приостановку роста. Очевидно, когда наступают трудные времена, люди перераспределяют энергию и фокусируются на поддержании жизни и выживании. Рис. 7.1. Суточные затраты энергии ограничены и не увеличиваются с ежедневной физической активностью простым линейным способом (см. Главу 5). Вместо этого, по мере усиления ежедневной нагрузки при более активном образе жизни количество энергии, затрачиваемой на физическую активность, растет (белая часть), сокращая долю той, что расходуется на несущественные задачи. При экстремальных нагрузках физическая активность может даже ограничиваться только основными задачами, вызывая такие проблемы, как синдром перетренированности. Когда физические упражнения начинают занимать большую часть ограниченного ежедневного энергетического бюджета, мы видим то же самое распределение приоритетов. Менее важные функции замедляются. Та деятельность, которая не является необходимой, – роскошь, которой можно предаваться только тогда, когда энергии в изобилии – приостанавливается в первую очередь. Основные виды активности защищены до самого конца. В результате физические упражнения оказывают сильное влияние на то, как работает метаболизм и где расходуются калории, что сильно сказывается на здоровье. Воспаление Когда тело атакуют бактерии, вирусы или паразиты, такие как клещ, который жил глубоко в моем носу в течение пяти дней в Кибале, первая защитная реакция организма – это воспаление. Клетки иммунной системы направляются в очаг инфекции, тонна сигнальных молекул, называемых цитокинами, высвобождается в кровоток, и ткань отекает. Реакция воспаления энергетически затратна, но необходима. Это команда экстренного реагирования, которая нужна, чтобы справиться с захватчиками. Серьезные проблемы начинаются, когда воспаление появляется в неправильном месте и атакует ваши собственные клетки или какие-то безвредные бактерии, а не реальную угрозу. Это, как если бы пожарная бригада вломилась со шлангами в квартиру, в которой не было пожара. При хроническом воспалении эти пожарные никогда не уходят. И последствия могут быть разрушительными. В зависимости от вовлеченных тканей воспаление может привести к чему угодно: от аллергии до артрита, артериальной гипертензии и т. д. Воспаление может также влиять на гипоталамус, способствуя перееданию и другим нарушениям. Уже на протяжении десятилетий мы знаем, что регулярные физические упражнения – это эффективный способ снизить хроническое воспаление и что чем слабее воспаление, тем меньше риск развития сердечных заболеваний, диабета и других метаболических нарушений. Ограниченный ежедневный энергетический бюджет помогает объяснить, почему тренировки помогают уменьшить воспаление. Когда большая часть энергии тратится на физические упражнения, организм вынужден более тщательно распределять сэкономленные калории. Подавление воспалительной реакции, ее ограничение направленностью на реальные угрозы вместо того, чтобы постоянно бить тревогу, уменьшает количество энергии, затрачиваемой на ненужную активность иммунной системы. Cтресс реактивность Нужна здоровая реакция на стресс, чтобы справиться с чрезвычайными ситуациями, которые подкидывает жизнь. Для наших предков охотников и собирателей всплеск адреналина и кортизола – гормональный коктейль, лежащий в основе реакции «бей или беги», – был необходим, чтобы избежать случайного нападения леопарда. В наши дни это может быть топливо, которое нужно, чтобы обогнать грабителя или увернуться от такси. Но, как и в случае воспаления, когда реакция запускается неправильно или никогда не отключается, результатом является хронический стресс, который разрушает здоровье. Хорошо известно, что физические упражнения снижают уровень стресса и улучшают настроение, в том числе за счет сглаживания реакции на подобные события. Отличный пример этому можно найти в швейцарском исследовании, в котором испытуемых просили выступить на публике, чтобы вызвать стрессовую реакцию у двух групп мужчин: выносливых спортсменов и людей, ведущих сидячий образ жизни и не занимающихся физическими упражнениями. У обеих групп были одинаковые возрастные и весовые показатели, а также один уровень тревожности, однако их реакции на стресс удивительно различались. В обеих группах наблюдалось повышение частоты сердечных сокращений и уровня кортизола, но ответ спортсменов был менее выраженным и продолжительным. Их тела вкладывали меньше энергии в стрессовую реакцию, как и предсказывала модель ограниченного суточного расхода. Еще один замечательный пример здорового подавляющего воздействия физических упражнений на реакцию на стресс можно найти в исследовании девушек студенческого возраста с умеренной депрессией. Эти женщины приняли участие в четырехмесячном испытании, во время которого первые восемь недель регулярно бегали, а потом еще столько же занимались без структурированного плана упражнений. Как и следовало ожидать, физическая нагрузка никак не влияла на вес (испытуемые идеально приспособились к возросшей нагрузке), но действительно снижала интенсивность их реакцию на стресс. Когда девушки регулярно занимались спортом, их организм вырабатывал на 30 % меньше адреналина и кортизола каждый день. Депрессивное состояние немного улучшилось, еще раз доказав положительное влияние физических упражнений на наше тело. Размножение Быстрый вопрос. У кого более высокий уровень тестостерона, у мужчины хадза в расцвете сил или у вялого недотепы из Бостона? Оказывается, показатели резко различаются. Уровень тестостерона у охотников и собирателей составляет примерно половину от среднестатистического показателя у американцев. Дело не только в мужчинах и в этом племени. Во всем мире у мужчин и женщин в физически активных небольших обществах, таких как хадза, цимане и хиваро, уровень половых гормонов (тестостерона, эстрогена и прогестерона) намного ниже, чем у людей, ведущих сидячий образ жизни в современном мире. Мы можем быть уверены, что низкий уровень половых гормонов в малых обществах обусловлен их активным образом жизни, поскольку отражает влияние нагрузки на гормональный фон в экспериментальных исследованиях. У женщин студенческого возраста, участвующие в исследованиях физических упражнений, обычно наблюдаются более низкие уровни эстрогена и прогестерона, и у них чаще возникают нарушения менструального цикла. Подавляющее воздействие физических упражнений на репродуктивную систему трудно объяснить с точки зрения общепринятого взгляда на метаболизм, но это имеет смысл, если смотреть на это с точки зрения ограниченных энергетических затрат. Чем больше энергии тратится на физическую активность, тем меньше остается для размножения. Исследования, изучающие связи уровня половых гормонов и физических упражнений, также показывают, насколько длительным может быть процесс адаптации, поскольку организм привыкает к различным уровням физической активности. Энтони Хэкни, физиолог из Университета Северной Каролины в Чапел Хилле, расположенном недалеко от моего места работы, десятилетиями изучал физиологические реакции на тренировку на выносливость у мужчин. Сравнивая уровень тестостерона у бегунов на длинные дистанции и у мужчин, ведущих сидячий образ жизни, он обнаружил снижение уровня тестостерона в среднем на 10 % среди испытуемых, которые тренировались в течение одного года, на 15 % у тех, кто упражнялся в течение двух лет, и на 30 % у тех, кто занимался пять лет или более. Хэкни предположил, что организму могут потребоваться годы, чтобы полностью приспособиться к различным уровням нагрузки. Эти исследования также построили мост между физиологией физических упражнений в промышленно развитых странах и в таких группах, как хадза. Это снижение уровня тестостерона на 30 % у бегунов на длинные дистанции примерно похоже на то, что мы наблюдаем у мужчин в небольших традиционных обществах, которым пришлось всю жизнь приспосабливаться к высокому уровню физической активности. Подавление репродуктивной системы может показаться плохой идеей, но в целом все совсем наоборот. Физические упражнения являются одним из наиболее эффективных способов снижения риска развития рака репродуктивной системы (например рака молочной железы и простаты), отчасти потому, что они контролируют уровень половых гормонов. На самом деле, уровень этих веществ у современного человека в промышленно развитом мире, вероятно, намного выше, чем у наших предков охотников и собирателей, если сравнивать их показатели с хадза или другими физически активными популяциями. За подавление репродуктивной функции, вызванное физическими упражнениями, приходится платить, по крайней мере с точки зрения потенциального размера семьи. В таких популяциях, как хадза, где контроль рождаемости отсутствует и люди обычно хотят иметь большие семьи, женщины, как правило, рожают каждые три четыре года. В Соединенных Штатах большинство матерей, которые хотят иметь детей, могут рожать каждые один два года, даже если кормят грудью. Из-за того, что у американских женщин более низкий уровень активности, а высококалорийные продукты легкодоступны, их тела могут вкладывать больше энергии в воспроизводство и восстановление после беременности (подробнее мы обсудим это в Главе 9). Больший интервал между родами у хадза, вероятно, ближе к «нормальной», развитой физиологии для людей. Доведенные до крайности физические упражнения могут начать нарушать нормальную функцию репродуктивной системы. При нездоровых нагрузках овуляторные циклы могут полностью остановиться, влечение – исчезнуть, а количество сперматозоидов – резко уменьшится. И это только начало. Темная сторона Помните начало 90 х, когда велосипедный спорт сотрясали допинговые скандалы? Конечно, нет, потому что я говорю о 1890 х годах. Люди употребляли наркотики еще до изобретения колеса, поэтому, возможно, неудивительно, что допинг существовал и при зарождении соревновательного велоспорта. Современный велосипед был создан в 1885 году, и менее чем через десять лет употребление наркотиков для победы в соревнованиях стало широко распространенным и общепринятым явлением. Люди стали по понятным причинам беспокоиться, когда велосипедисты начали умирать в 1890 х годах. Очевидно, любимый в то время коктейль – смесь кокаина, кофеина, стрихнина и героина – имел неприятные побочные эффекты. Тем не менее велогонщики продолжали заниматься этим в начале и середине XX века, используя стимуляторы и болеутоляющие, чтобы заставить себя пройти изнурительные многодневные гонки, такие как «Тур де Франс», который проводится с 1903 года. После того как амфетамин был введен в употребление среди солдат во время Второй мировой войны, спортсмены также начали использовать его. Только в 1967 году Международный олимпийский комитет решил, что с него хватит, и запретил стимуляторы и наркотики. Эффект был мгновенным: велосипедисты и другие спортсмены перестали признаваться в использовании допинга. В 1960 е годы фармацевтическая палитра велосипедиста стала еще шире. Они начали принимать допинг с тестостероном и его имитаторами, мощными гормонами, которые способствуют росту мышц и агрессии. Они также были запрещены Международным олимпийским комитетом в 1975 году, но их использование по-прежнему широко распространено. Расследование Всемирного антидопингового агентства в 2006 году установило, что тестостерон и синтетические схожие с ним вещества составляли 45 % всех допинговых нарушений в том году. Позже тем же летом американский велогонщик Флойд Лэндис выиграл «Тур де Франс», но был лишен победы за то, что не прошел тест на допинг. Кто виноват? Тестостерон. С чисто утилитарной точки зрения – оставляя в стороне риск для здоровья, связанный с приемом крысиного яда и наркотиков, и моральную несостоятельность мошенничества, – можно понять, почему спортсмены могут испытывать искушение принимать стимуляторы и обезболивающие, чтобы продолжать гонку и игнорировать горящие от боли мышцы. Но тестостерон? Зачем велосипедистам рисковать здоровьем и карьерой, чтобы принимать гормон, который их организм вырабатывает сам по себе? Конечно, тестостерон помогает наращивать мышцы, что может быть полезно во время тренировок, за несколько месяцев до гоночного сезона. Это также вызывает соревновательную агрессию, которая может быть полезна во время состязания, если вы не в настроении. Но почему профессиональный спортсмен на финишной прямой перед крупным соревнованием хочет нарастить больше мышц или нуждается в химической искре, чтобы подтолкнуть себя? Подавляющее воздействие нагрузки на организм помогает при воспалениях. Ответ частично кроется в подавляющем воздействии физических упражнений на организм. При нагрузках, которым большинство из нас, – даже амбициозные спортсмены – вероятно, подвергаются, подавляющее воздействие положительно сказывается на организме. Оно помогает при воспалениях, реакции на стресс и способствует производству половых гормонов. Но при экстремальных нагрузках воздействие физических упражнений усиливается. Как мы обсудим в следующей главе, велосипедисты «Тур де Франс», такие как Лэндис, сжигают более 6000 ккал каждый день на велосипеде, а гонка длится почти месяц. Они буквально толкают свой организм к краю пропасти. Последствия этого очевидны: тело отключает другие функции, игнорируя выполнение основных задач, которые поддерживают здоровье (Рис. 7.1). Это обратная сторона ограниченного ежедневного расхода энергии, и она помогает объяснить хорошо известное, но плохо изученное явление в легкой атлетике: синдром перетренированности. На протяжении десятилетий мы знаем, что слишком большое количество упражнений также может быть вредно для здоровья. При тех нагрузках, которым часто подвергаются профессиональные спортсмены во время тренировок, организм не выдерживает. Они чаще болеют и дольше восстанавливаются, потому что иммунная система ослаблена. Раны заживают медленнее. Уровень кортизола, который помогает просыпаться по утрам, снижается, и они все время чувствуют усталость. Репродуктивная система впадает в спячку. Влечение исчезает. У женщин отмечается нерегулярный менструальный цикл или месячные и вовсе прекращаются. У мужчин снижается количество сперматозоидов. Уровень тестостерона, гормона, который помогает поддерживать и сохранять мышцы, падает – если, конечно, они не поднимают его искусственно при помощи инъекций. Интересно, что потребление большего количества еды не решает проблему спортсменов (если только нет основного расстройства пищевого поведения, которое, к сожалению, не редкость среди профессионалов). Например, во время исследования Каролины Лаговски и ее коллег, проведенного в 2014 году, ученые отобрали тридцать одну женщину спортсменку (все они были очень выносливыми: гребцами, пловчихами и триатлонистками), у которых были нерегулярные циклы и явные симптомы перетренированности. Этим женщинам предлагались пищевые добавки. После трех месяцев насыщения дополнительными калориями женщины увидели, что их ежедневные энергетические затраты увеличились очень несущественно: они съедали и сжигали примерно на 10 % больше калорий каждый день – это метаболический эффект, который мы ожидали бы, учитывая обычную реакцию организма на переедание. Вес и процент жира не изменились – испытуемые не накапливали дополнительную энергию, а использовали ее. Часть этих лишних калорий поступала в репродуктивную систему, повышая уровень лютеинизирующего гормона (который стимулирует работу яичников), но его количество все равно не достигало нормы. И этого было недостаточно, чтобы оказать существенное влияние на функцию яичников. Ежедневные затраты энергии все еще были слишком ограничены, чтобы потреблять достаточное количество калорий, чтобы изменить ситуацию, а их невероятно активные физические упражнения требовали слишком много энергии, чтобы репродуктивная система могла нормально функционировать. Интересно, что исследователи, как и Лаговски, несколько десятилетий назад уже столкнулись с ограничениями в ежедневном расходовании энергии, но рассматривали его под другим углом. Ученые обнаружили, что вычитание сожженных во время тренировки калорий из общего ежедневного расхода энергии дает очень полезную оценку «доступности энергии», т. е. калорий, которые можно использовать для задач, не связанных с физическими упражнениями, таких как поддержка иммунитета и размножение. По мере увеличения нагрузки и снижения доступности энергии ниже 30 ккал в день на каждый килограмм массы тела спортсмена без учета жира (неуклюжий расчет для спортсмена любителя, но нужно учитывать вес) возрастает риск синдрома перетренированности. Интуитивное решение состоит в том, чтобы обеспечить больше калорий, попытаться увеличить ежедневные затраты энергии. Ограниченный расход помогает объяснить, почему это не очень хорошо работает. При фиксированных ежедневных затратах единственный способ увеличить доступность энергии – это уменьшить нагрузку во время тренировок. Синдром перетренированности – это не какая-то загадочная аберрация или недостаток пищи, а просто логическое продолжение тех же энергетических компромиссов, которые делают умеренные физические нагрузки такими полезными для нас. Как секс, вода, музыка, пиво и все другие замечательные радости жизни, есть такая вещь, как слишком много упражнений. Итак, сколько нужно тренироваться, и какие нагрузки приводят к неприятностям? Об обезьянах и спортсменах Вычислить идеальное количество ежедневной физической активности должно быть достаточно легко. Между шимпанзе, которые бездельничают часами в Национальном парке Кибала, и напичканными химией спортсменами маньяками, участвующими в «Тур де Франс», есть много промежуточных звеньев. Отличное начало – взять пример с наших предков охотников и собирателей. Охота и собирательство – тяжелая работа, но она не сравнима с «Тур де Франс». Исследования племени хадза показывают, что у мужчин и женщин на физическую активность уходит около пяти часов каждый день. Треть этого времени – примерно один два часа – это то, что физиологи называют умеренной и энергичной активностью, то есть это быстрая ходьба или вырывание клубней, вид нагрузки, который действительно учащает сердцебиение. Остальное время – это «легкая деятельность» вроде прогулок по лагерю или сбора ягод. Ежедневные рабочие нагрузки у племен цимане и хиваро схожи. Конечно, современные охотники собиратели и другие небольшие общества совершенно различны в культурном отношении. Однако нам кажется вполне обоснованным взять пять часов нагрузки, с одним или двумя часами в умеренном или энергичном темпе, в качестве разумного ориентира для определения количества физических упражнений, так, как это было свойственно нашим предкам. Если перевести это в пройденные шаги, то нам нужно закладывать не меньше 10 тысяч. Мужчины и женщины хадза в среднем делают около 16 000 шагов в день. Сравните это с тренировочными режимами профессиональных спортсменов. Велосипедисты тренируются около пяти часов в день, и в основном это «энергичная» (6+ METS) активность. Олимпийские пловцы плавают пять шесть часов каждый день во время подготовки к соревнованиям. Это примерно в три раза больше упражнений, чем человеческий организм способен выдержать, судя по стандартам хадза. Неудивительно, что профессиональные спортсмены на выносливость испытывают искушение экспериментировать с гормонами и другими препаратами, которые маскируют метаболические последствия их сверхчеловеческих тренировочных программ. На другом конце спектра – шимпанзе в дикой природе, которые едва ли дотягивают до двух часов физической активности в день. И то, деятельность эта достаточно легкая. В среднем они делают около 5000 шагов в день. Можно обнаружить удивительную схожесть с нагрузкой типичного американца, у которого в день около двух часов посвящено легкой активности (5000 шагов) и менее двадцати минут – умеренной и энергичной деятельности. Ленивое существование отлично подходит для шимпанзе – их тела настраивались на это в течение миллионов лет. Но человеческий организм эволюционировал, чтобы требовать много физической активности – примерно в три раза больше, чем другие приматы, если мы берем в качестве ориентира племя хадза и других собирателей. Несмотря на все поразительные сходства, которые связывают нас с обезьяньими родственниками, наши метаболические механизмы принципиально различаются. Ведя себя как обезьяны, мы заболеваем. Таким образом, для начала мы могли бы стремиться к тому, чтобы быть на ногах около пяти часов в день, посвящая час структурированным упражнениям или другой деятельности, ускоряющей сердечный ритм. Такая физическая активность поставила бы нас между кузенами обезьянами и перетренированными олимпийцами, и мы были бы наравне с нашими друзьями охотниками и собирателями. Если повезет, мы состаримся со здоровым сердцем, сильными ногами и ясным умом. Здоровые как хадза. Уровень физической активности племени хадза хорошо согласуется с клиническими и эпидемиологическими данными. В культурах по всему миру ежедневные нагрузки являются одним из самых надежных показателей того, насколько хорошо вы живете или как рано умрете. Было проведено масштабное исследование, участие в котором приняли 5000 взрослых американцев. За ними наблюдали в течение пяти восьми лет, чтобы проверить, влияет ли ежедневная активность на их риск смерти в течение этого периода. У людей, которые выделяли час или более для умеренной и энергичной активности каждый день, риск умереть был 80 % ниже, чем у самых малоподвижных участников. Аналогичное исследование 150 000 взрослых австралийцев показало, что час интенсивных физических упражнений помогает нейтрализовать негативные последствия для здоровья от сидения за письменным столом в течение всего дня. В Дании у мужчин и женщин, участвовавших в знаменитом Копенгагенском исследовании сердца, вдвое снижался риск смерти, если в среднем они занимались спортом не менее тридцати минут в день. Мой любимый пример того, как найти золотую середину в ежедневной физической активности, – это исследование почтовых работников в Глазго. Как вы можете догадаться, эти мужчины и женщины много ходят каждый день, разнося почту. У почтальонов в исследовании, которые делали 15 000 шагов в день (около двух часов ходьбы), практически не было проблем с сердцем или метаболических заболеваний. И все они жили в Шотландии – стране жареного во фритюре батончика Mars, в которой ожидаемая продолжительность жизни была самой низкой во всей Западной Европе. Не нужно переезжать в африканскую саванну или становиться охотниками и собирателями, чтобы вести активный образ жизни и быть здоровым. Для тех из нас, кто проводит дни, стуча по клавиатуре, отправляя мемы вместо деловых писем, ежедневная активность, как у племени хадза, может показаться недосягаемым результатом. Центры по контролю и профилактике заболеваний США рекомендует 150 минут умеренной и энергичной активности в неделю, и все же только 10 % американцев придерживаются этих рекомендаций. Но не отчаивайтесь. Просто постарайтесь больше двигаться. Ищите занятия, которые вам понравятся. Поднимайтесь всегда по лестнице, приезжайте на работу на велосипеде. Это не обязательно должны быть упражнения – любая физическая активность помогает регулировать расход энергии, уменьшая количество калорий, потраченных на воспаление и другие вредные процессы. Согласно эксперименту, у людей, которые занимаются физической активностью хотя бы час ежедневно, риск смерти на 80 % ниже. Но какие есть способы отдыха? Мы можем узнать это у хадза и других охотников и собирателей. Разница заключается в качестве, а не в количестве. Даже без электрического освещения или телевизора, которые соблазняют нас на Западе, хадза, цимане и другие традиционные общества спят примерно столько же, сколько взрослые в промышленно развитых странах, в среднем около семи восьми часов в сутки. Но они придерживаются жесткого режима, диктуемого солнцем. Слишком у многих из нас в развитом мире сместилось время сна, и несоответствие между внутренними часами тела и реальным графиком может снизить ежедневные затраты энергии и увеличить риск развития кардиометаболических заболеваний. Взрослые представители племени хадза тратят такое же количество времени на отдых, как и люди из западных стран в течение дня, болтаясь вокруг лагеря или отдыхая на вылазке за едой. Но в промышленно развитом мире мы проводим слишком много времени в удобных креслах и на диванах, из-за чего мышцы становятся слабыми. Мужчины и женщины хадза используют более активные позы для отдыха, такие как сидение на корточках, которые задействуют мышцы кора (мышцы кора – комплекс мышц, которые отвечают за стабилизацию таза, бедер и позвоночника) и ног. Этот высокий уровень мышечной активности способствует снижению уровня глюкозы, холестерина и триглицеридов в крови. Итак, какое количество упражнений будет идеальным для нас? Как можно больше – вот самый простой ответ. Подавляющее большинство из нас слишком похожи на шимпанзе в повседневной деятельности. Мы тратим слишком много калорий на несущественные (и потенциально вредные) задачи вроде воспаления вместо физических упражнений. Если вы уже не тренируетесь на регулярной основе, как спортсмен, то вам точно не повредит, если начнете проводить больше времени в движении. И тело будет вам благодарно. Мы также должны осознавать пассивное поведение, избегая длительных периодов сидения на стуле и стремясь поддерживать регулярный режим сна. И если вы один из немногих, кто уже тратит часы на упражнения каждый день, обратите внимание на предупреждающие признаки перетренированности, такие как постоянная усталость или простуды, которые не проходят. Если вы вдруг обнаружите себя во французском гостиничном номере, вкалывая в задницу синтетический тестостерон, это явный признак того, что нужно немного притормозить. Но подождите, дальше – меньше При всех метаболических преимуществах физических упражнений, действительно ли они не оказывают никакого влияния на вес? Что ж, короткий ответ по-прежнему нет. Результаты десятилетий исследований достаточно ясны. Как мы обсуждали в Главе 5, тренировки не эффективны для похудения, а физическая активность – это плохая защита от реальной проблемы избыточного веса и переедания. Но есть два важных момента в том, как упражнения влияют на наше тело. Во-первых, полное отсутствие активности (постоянное сидение на диване или за письменным столом каждый день) нарушает способность организма регулировать метаболические задачи, включая прием пищи. Физические упражнения влияют на все процессы, активируя гормоны и другие молекулы по всему телу. Без этих сигналов система работает неправильно. Как миллиардер затворник, живущий месяцами в темноте без социальных контактов, тело начинает странно работать. Основные задачи клеточной гигиены, такие как расщепление липидов в крови или транспортировка глюкозы в клетки, начинают плохо выполняться. Некоторые ранние свидетельства того, насколько опасным может быть отсутствие физической активности, мы можем найти в необычном месте – на джутовой фабрике Ладлоу в Ченгейле, Индия. В 1956 году физиолог Джин Майер из Гарвардского университета совместно с диетологом и медицинским работником провела эксперимент на огромном предприятии (в то время на нем работало более семи тысяч человек) по изучению влияния ежедневной активности на массу тела. Они проанализировали деятельность 213 сотрудников и ранжировали их по физическим требованиям работы. Ученые опросили всех: от торговцев, которые сидели весь день, шесть дней в неделю, до носильщиков, которые перевозили 85 килограммовые тюки джута вокруг фабрики. В целом количество ежедневных физических упражнений никак не сказывалось на весе: клерки, которые за весь день поднимали только карандаш, которым писали, весили столько же, сколько трудолюбивые чернорабочие (Рис. 7.2). Но крайне малоподвижные люди – совсем другое дело. Владельцы лавок, которых Майер описывает как чрезвычайно пассивных людей, весили на 20 кг больше остальных мужчин. Надсмотрщики, вторая по малоподвижности группа, весили на 6 кг больше. Обычные системы сдержек и противовесов, которые соотносят потребление энергии с расходом, не работали. Механизмы, приводящие к перееданию у «необычайно пассивных» людей, все еще изучаются. Это не то же самое, что более низкие ежедневные затраты энергии у тех, кто ведет сидячий образ жизни. Если бы это было так, мы бы увидели, что ежедневная активность и вес были связаны у всех сотрудников, а не только у самых малоподвижных. Отсутствие соответствия между деятельностью и массой тела является широко распространенным явлением. Недавнее исследование Лары Дугас, Эми Люк и их коллег, которые в течение двух лет наблюдали за почти двумя тысячами мужчин и женщин из Соединенных Штатов и четырех других стран, показали, что ежедневная физическая активность, измеряемая специальным датчиком, не оказывает никакого влияния на увеличение веса. Для подавляющего большинства людей нагрузка и энергия, которую они тратят каждый день, никак не сказывается на весе. Более убедительное объяснение состоит в том, что физическая активность меняет способ, которым мозг регулирует чувство голода и обмен веществ. Регулярные упражнения, по-видимому, помогают ему находить баланс между аппетитом и потребностью в калориях. Воспаление тоже может сыграть важную роль. Чрезмерное потребление богатой энергией жирной пищи может вызвать воспаление в гипоталамусе, что приводит к плохой регуляции сигналов голода и сытости и увеличению веса (по крайней мере в исследованиях на крысах были именно такие результаты). Это умозрительное предположение, но, возможно, хроническое воспаление, вызванное пассивностью, оказывает аналогичное негативное воздействие на мозг. Рис. 7.2. Средняя масса тела мужчин в исследовании, проведенном Майер в 1956 году на джутовой фабрике Ладлоу. Испытуемые были сгруппированы и ранжированы по физическим требованиям их профессии, от владельцев лавок до очень трудолюбивых носильщиков тюков. Ежедневная физическая активность никак не связана с весом, за исключением самых малоподвижных мужчин. Показатели на вертикальной оси, в кг (округленные до целых чисел): 45, 49, 54, 58, 63, 68, 73, 77 Каков бы ни был механизм, очевидно, что отсутствие физической активности губительно для здоровья. Как мы можем видеть из исследования на джутовой фабрике, отсутствие нагрузки может привести к расстройствам приема пищи и нездоровому набору веса. Время, проведенное сидя за рабочим столом или за просмотром телевизора, может быть причиной сердечных заболеваний, диабета, рака и ряда других серьезных проблем. Малоподвижный образ жизни вызывает более пяти миллионов смертей во всем мире ежегодно. Модернизация тянет нас в помещение, прочь от солнца, в теплые объятия компьютерного экрана – и пассивность, похожая на жизнь обезьян, убивает нас. Второе предостережение о связи между активностью и весом заключается в том, что физические упражнения также могут быть полезны для управления весом, когда ваше тело способно похудеть. Физические упражнения – это плохой инструмент для избавления от лишних килограммов, однако, судя по всему, они помогают людям поддерживать вес. Отличный пример этого можно найти в исследовании полицейских с избыточным весом в Бостоне (не те же самые мужчины в исследовании тестостерона, упомянутом выше). Испытуемых распределили на две программы по снижению веса: в течение двух месяцев первая сидела только на диете, а вторая параллельно с диетическими изменениями занималась и физическими упражнениями. По окончании эксперимента между двумя группами не было никаких различий в количестве потерянного веса, как мы и ожидали. Однако, когда программа закончилась, мужчины, которые занимались спортом, были гораздо успешнее в поддержании веса (Рис. 7.3). Такие показатели были и у тех, кто занимался спортом в течение первых двух месяцев, и у тех, кто начал тренироваться, уже будучи на диете. Верно и обратное: мужчины, которые не делали упражнений, после эксперимента вернулись к своему прежнему весу. Некоторые из лучших доказательств того, что физические упражнения помогают при похудении, были получены Национальным реестром контроля за весом – онлайн исследованием более чем десяти тысяч мужчин и женщин, которые сбросили как минимум 13 кг и поддерживали массу по крайней мере год. Эти люди бросают вызов циничному мнению о том, что значительная и устойчивая потеря веса невозможна. Среднестатистический участник исследования потерял более 27 кг и поддерживал такой весь более четырех лет. Результаты действительно ошеломляющие. Рис. 7.3. Уменьшение и увеличение массы тела у мужчин в исследовании бостонских полицейских. Добавление физических упражнений к низкокалорийной диете не ускорило потерю веса во время двухмесячной активной фазы похудения. Однако мужчины, которые продолжили тренироваться после эксперимента, могли поддерживать стабильную массу тела. Те, кто не занимался спортом в течение нескольких месяцев после фазы похудения, вернулись к своему прежнему весу. Многое из того, что известно об участниках эксперимента, мы узнали из опросов, на которые стоит обратить внимание. Людям заведомо трудно верить, когда речь заходит о питании, физических упражнениях или весе. Тем не менее общие тенденции этих успешных историй похудения очень интересны. Почти все испытуемые (98 %) сообщают, что изменили рацион, чтобы похудеть (что неудивительно, учитывая, как пища может влиять на систему вознаграждения и насыщения в мозге и влиять на то, сколько мы едим, Глава 6). Они заявляют, что теперь более подвижны, а самое популярное физическое упражнение – это ходьба. Более показательными являются эмпирические исследования, проведенные с участниками этого испытания. В 2018 году ученые собрали данные об их метаболизме и образе жизни. Они сравнили ежедневную физическую активность испытуемых (измеренную с помощью специального устройства) с показателями двух других групп: полными взрослыми, которые весили столько же, сколько участники эксперимента до потери веса, и людьми, которые никогда не страдали ожирением и весили так же, как испытуемые сегодня. Как и следовало ожидать по результатам исследования бостонской полиции, участники эксперимента ежедневно проводили почти на час больше времени, занимаясь легкой физической активностью (например, обычной ходьбой), и примерно на сорок минут больше посвящали умеренным и энергичным нагрузкам по сравнению с теми испытуемыми, которые страдали ожирением. Физические упражнения, по-видимому, помогали сбросить лишний вес. Что характерно, участники эксперимента также с каждым днем становились все активнее, чем взрослые с нормальным весом, которые никогда не страдали ожирением. Другими словами, испытуемые работали усерднее, чем те, у кого никогда не было лишнего веса, чтобы поддерживать ту же массу тела. Последующее исследование, в котором измерялись ежедневные затраты энергии, помогает объяснить почему. Несмотря на меньшую массу тела и более низкую скорость основного обмена, у испытуемых были такие же ежедневные энергетические затраты, как и у людей с ожирением. Их тела – или, точнее, системы управления весом в мозге – продолжали работать, как при старых, предшествующих потере веса ежедневных энергетических затратах, рассчитанных на то же самое количество калорий, которое они сжигали до потери веса, когда были намного больше. Чтобы сохранить энергетический баланс и вес, участники эксперимента должны были найти способ сжечь все эти калории. И этим способом стали упражнения. Результаты исследования ежедневных энергетических затрат участников эксперимента Национального реестра контроля за весом проливают свет на внутреннюю работу эволюционировавших метаболических двигателей. Вопервых, они предполагают, что суточное потребление энергии, на которое нацелен гипоталамус, не сильно меняется после вызванного диетой похудения, даже после того, как мы сохраняем более низкий вес в течение многих лет, а реакция на голодание закончилась и скорость основного обмена вернулась к норме. Возможно, какое-то глубокое, отдаленное эхо такой реакции заставляет гипоталамус сохранять старые «настройки». Другое предположение заключается в том, что ограничения ежедневного расхода энергии влияют также на регулирование потребления и что организм сопротивляется любым изменениям количества поступающих калорий. В любом случае, это проблема. Как мы уже говорили в Главе 3, потеря веса снижает ежедневные энергетические затраты. Если чувства голода и насыщения продолжают нацеливаться на потребление пищи на уровне показателей до потери веса, мы будем вынуждены потреблять больше калорий, чем сжигаем. В результате мы будем медленно набирать вес обратно, пока масса тела и ежедневные затраты энергии не вернутся к старым показателям. Звучит знакомо? Физические упражнения – это один из способов поддерживать массу тела при ограниченных энергетических затратах, который позволяет людям, потерявшим вес, сохранить старые, предшествующие похудению ежедневные потребление и затраты, не толстея. Как мы уже обсуждали выше, физические упражнения также, по-видимому, помогают мозгу лучше учитывать питание и расход энергии. Вполне вероятно, что физические упражнения помогают поддерживать вес, подталкивая ежедневные затраты энергии обратно к показателям до похудения и регулируя потребление пищи. Раздвигая границы Несколько лет назад на конференции по метаболизму я оказался в баре отеля поздно вечером, разговаривая с коллегой, который всю карьеру изучал связь между расходом энергии и ожирением. Ранее в тот же день я выступил с докладом, в котором изложил доказательства того, что ежедневные затраты энергии ограничены. Подробности немного туманны, но разговор был примерно таким. «Возможно, вы правы в том, – сказал он, – что физические упражнения не очень-то способствуют увеличению ежедневных энергетических затрат или снижению веса. Но вы должны быть осторожны. Как только люди узнают, что тренировки не помогут им похудеть, они перестанут упражняться. Отсрочивание смерти – недостаточно сильный стимул. Единственная надежная мотивация к упражнениям – тщеславие». Это было откровенное мнение ученого, знающего о врожденной слабости человеческого вида. Я подозреваю, что он был прав. Когда дело доходит до наших внутренних желаний, мы становимся отражением ленивых родственников обезьян, которое нам не очень-то хочется видеть. Глубоко в подсознании мы все еще жаждем лежать весь день, есть и ухаживать за собой. Индустриальные «человеческие зоопарки», которые мы построили сами для себя, упрощают эту задачу. Конечно, мы хотели бы избежать сердечных заболеваний. Но сначала нужно проверить телефоны. Может быть, перекусить. Немного расслабиться. Если физические упражнения не заставят меня выглядеть сексуально, это может подождать. Однако опасность заключается в том, что, даже преподнося тренировки как способ похудеть, мы заведомо идем к провалу. В конце концов, люди замечают, что результаты не соответствуют ожиданиям. Некоторые из них все равно продолжают заниматься, ведь уже осознали преимущества упражнений: хорошее настроение, ясный ум, сильное тело. Но было бы больше счастливых потребителей, если бы те из нас, кто занимается общественным здравоохранением, честно говорили о том, что мы продаем. Физические упражнения не помогут вам похудеть, но помогут выжить. Занятия спортом делают гораздо больше, чем просто активизируют метаболические двигатели. Это ритм секция огромного внутреннего оркестра, поддерживающая 37 триллионы клеток организма в одном ритме. Ограниченные ежедневные затраты энергии не уменьшают важности активности. Наоборот. Тот факт, что ежедневные затраты энергии ограничены, помогает объяснить, почему физические упражнения оказывают такое всепроникающее воздействие на все тело. Моя лаборатория и другие специалисты заняты кропотливой работой по выяснению влияния активности на все наши системы. Это захватывающее время для изучения тела человека. Несомненно, тренировки оказывают еще большее влияние на обмен веществ и иные функции организма. И другие положительные свойства упражнений нам еще только предстоит открыть и изучить. Тем не менее доказательства ограниченного ежедневного расхода энергии заставляют задаваться и другими вопросами. Как мы можем быть уверенными, что энергетические затраты ограничены, если видим такие потрясающие результаты у профессиональных спортсменов, альпинистов и исследователей Арктики? Как мы рассмотрим в последних двух главах, метаболический механизм, который поддерживает триатлониста Ironman, велосипедиста «Тур де Франс» или арктического путешественника, работает точно так же и у беременной матери. И все же эти подвиги, какими бы впечатляющими они ни были, не рассказывают всей истории неутолимой жажды энергии. По мере эволюции нашего вида потребности в калории превысили то, что может обеспечить тело homo sapiens. Калории, которыми каждый из нас распоряжается сегодня, формируют современный мир – и угрожают долгосрочному выживанию человечества. Глава 8. Энергообеспечение на пределе возможностей: пределы человеческой выносливости энергообеспечение на пределе возможностей Брайс Карлсон выглядит, как самый обычный человек. Лет тридцати с небольшим, долговязый мужчина с широкой улыбкой, он явно в хорошей форме, но не будет выглядеть неуместно на офисной вечеринке. Он из тех парней, которые каждый день просыпаются бодрыми рано утром, чтобы размяться перед работой, и за обедом небрежно упоминают марафон, к которому готовятся. Определенно претендент на ежегодную корпоративную премию по бегу на пять километров, но никак не мировой рекордсмен. Внешность бывает обманчива. Утром 20 июня 2018 года в гавани Куиди Види на побережье Ньюфаундленда, Канада, Брайс широко улыбнулся своей счастливой улыбкой и помахал на прощание небольшой группе местных жителей и журналистов. Он посмотрел на часы, – восемь утра – ухватился за ручки двух длинных весел из углеродного волокна и потянул на себя, чувствуя вес своей лодки Люсиль в плечах и спине. Люсиль не была обычным судном для гребли, она скорее космический корабль с веслами, гладким белым яйцевидным корпусом и крошечной кабиной, примостившейся на носу. И это был не обычный день на воде. Когда лодка Брайса отплыла от берега, он сидел спиной к морю и думал о том, что ему предстоит сотворить новую историю. Он намеревался пересечь Северную Атлантику, надеясь проплыть 3200 км в одиночку, без поддержки, до островов Силли у южного побережья Англии. Это было рискованное приключение, даже с GPS и другими современными технологиями на борту. Из четырнадцати человек, отправившихся в это безумное приключение до него, только восемь смогли завершить переправу. Двое утонули в темных холодных водах Северной Атлантики, их тела затерялись в море. Но Брайс не думал об этом, он мечтал о большем. Мужчина не просто собирался покорить океан, а надеялся поставить рекорд. Он хотел стать самым быстрым спортсменом, переплывшим через Северную Атлантику. У него и у Люсиль было пятьдесят три дня, чтобы добраться до Англии. Все могло бы быть и лучше. В самом начале пути сломалась главная опреснительная установка, используемая для подачи питьевой воды. Он перевернулся дюжину раз, и соленая вода просочилась в бортовую электронику и испортила навигационную систему. Но Брайс держался. Пасмурным августовским субботник утром он вошел в гавань Святой Марии острова Силли и покинул Люсиль под аплодисменты, приветствовавшие его как героя. Сотни людей собрались, чтобы взглянуть на нового мирового рекордсмена. Брайс пересек океан за 38 дней, 6 часов и 49 минут, поставив новый рекорд. Это путешествие оказало серьезное воздействие на мужчину. Во время него Брайс потреблял от 4000 до 5000 килокалорий в день, но расходовал гораздо больше. Он вышел из Атлантики на 7 кг легче, чем когда начинал путешествие, сжигая около 625 ккал жира и мышц каждый день несмотря на то, что потреблял много энергии. Добавьте энергию, потребляемую его собственным телом, к той, что получается из пищи, и получите 5000 сожжённый калорий в день. Брайс был совершенно один в океане, и его метаболизм проходил через существенные испытания. У других спортсмены на выносливость такие же высокие ежедневные затраты. Велосипедисты «Тур де Франс» сжигают 8500 килокалорий в день во время гонки. Триатлонисты могут потратить столько энергии за двенадцать часов Ironman. Майкл Фелпс, человек дельфин, получивший 23 золотых медали по плаванию на Олимпийских играх, по некоторым данным, потреблял 12 000 ккал каждый день во время тренировок. Такие подвиги, похоже, бросают вызов идее о том, что ежедневные затраты энергии ограничены и тела приспосабливаются к физической нагрузке, чтобы поддерживать этот показатель в нормальном диапазоне от 2500 до 3000 ккал в день. В главе, которую вы читаете, мы рассмотрим эту загадку и наметим границы человеческих энергетических затрат. Как мы увидим, тот же самый метаболический механизм, который ограничивает расход в повседневной жизни, также устанавливает пределы для самых крайних амбиций. Не нужно быть сверхчеловеком, чтобы раздвинуть границы выносливости. Просто спросите ваших мам. Вопрос времени Как быстро вы можете бежать? Это простой вопрос без простого ответа. Максимальная скорость зависит от причины, по которой вы бежите, и мотивации. Убегаете ото льва? Играете в софтбол на пиво? Это также зависит от того, как долго вы будете бегать. Вы можете бежать несколько секунд, но вам нужно будет набирать скорость постепенно, если вы пробегаете одну милю. Можно оценить максимальную скорость как во время коротких быстрых спринтов, так и более длинных, медленных пробежек. Большинство из нас знает особенности своего тела еще со школы, когда играли в пятнашки. Влияние времени на выносливость настолько интуитивно и инстинктивно понятно, что мы не склонны уделять ему много внимания. Но физиология усталости отнюдь не очевидна. Спортивные ученые и физиологи до сих пор спорят о механизмах в нашем организме, которые устанавливают пределы (чтобы понять, о чем идет речь, ознакомьтесь с книгой Алекса Хатчинсона «Выносливость: Разум, тело и удивительно гибкие пределы человеческих возможностей»). Одно можно сказать наверняка: достижение предела – это не просто вопрос того, что топливо закончилось. Вместо этого мозг, по-видимому, интегрирует сигналы со всего тела – включая метаболические побочные продукты работы мышц, температуру, восприятие трудностей и ожидаемый объем работы, которую предстоит выполнить, – и использует эту информацию для регулирования того, насколько активно мы можем заставить себя что-то делать. Когда вы падаете от истощения, именно мозг заставляет вас это чувствовать. И это не подчиняется воле. Точно так же, как и гипоталамус, который контролирует аппетит и метаболизм, нейронные сети, отвечающие за выносливость и усталость, выполняют работу в мозге, и это недоступно нашему сознанию. Нейронный контроль усталости и выносливости был спорной концепцией в 1990 х годах, но она получила признание, когда доказательств накопилось достаточно. Во-первых, из лабораторных исследований и жизненного опыта стало ясно, что у человека, который чувствует себя полностью истощенным, все еще остается много энергии. Даже когда мы чувствуем, что достигли абсолютного предела, в усталых мышцах все еще много АТФ, а глюкоза и жирные кислоты циркулируют в крови. Мы постоянно наблюдаем, как профессиональные бегуны падают на землю в конце длинной гонки, полностью истощенные, только чтобы через минуту подняться и пробежать победный круг по стадиону, улыбаясь. А во-вторых, нейронный контроль усталости помог объяснить странное влияние настроения и восприятия на производительность. Марафонцы мирового класса, которые работают на износ в течение двух часов, все еще способны каким-то образом сделать победный рыков и бежать еще быстрее прямо перед финишем – отчаяние и решимость могут раскрыть скрытый спортивный потенциал. И наоборот, лабораторные исследования показывают, что умственная усталость снижает выносливость. Спортсмены и тренеры во всем мире знают, как важно быть в правильном настроении, если вы хотите победить. Когда мы утомлены, мозг также участвует в этом процессе, и это помогает объяснить взаимосвязь между расходом энергии и выносливостью (Рис. 8.1). Эти эффекты легче всего проследить при беге, но то же применимо к плаванию, езде на велосипеде и другим видам спорта. Как мы уже показали в Главе 3, когда вы ускоряетесь, то сжигаете калории быстрее. Говоря, что этот эффект линейный, мы имеем в виду, что бег на 10 % быстрее требует, чтобы вы тратили энергию на 10 % быстрее. Такой же принцип характерен и для автомобильного двигателя: 10 процентное увеличение скорости обычно означает, что вы сжигаете бензин на 10 % быстрее (или аккумулятор разрядится на 10 % быстрее, если вы едете на електромобілі. Рис. 8.1. 1 миля в минуту соответствует 1,6 км в минуту. Выносливость, измеряемая как максимальное время, в течение которого вы можете поддерживать заданную рабочую нагрузку, тесно связана с выходной мощностью. Здесь время мировых рекордов в гонке строится в зависимости от скорости бега для дистанций от 800 м до более чем 950 км. Спортсмены пробегают марафоны при максимальном потреблении кислорода (VO2 max). На более высоких скоростях выносливость резко падает, поскольку организм вынужден полагаться на анаэробный метаболизм для получения все большего количества энергии. Но есть некоторые важные различия между метаболическим двигателем человека и механическим мотором автомобиля. В случае машины скорость не сильно влияет на то, как далеко вы можете проехать при полном баке или заряженной батарее, она просто определяет, как быстро у вас закончится топливо. При беге скорость оказывает огромное влияние на то, сколько энергии вы потратите, прежде чем достигнете предела. Чем быстрее вы бежите, тем меньше энергии сжигаете в общей сложности. Промчитесь километр, и вы рухнете после сжигания 100 ккал. Пробегите марафон, и вы будете так же истощены, когда потратите 2600 ккал. Наши тела не просто так останавливаются, когда у нас заканчивается топливо (даже если так только кажется). Интенсивность имеет значение. Чрезмерное употребление углеводов может привести к тому, что тело станет ослабленным и вялым. Одна из причин, почему скорость влияет на усталость, заключается в типе топлива, которое тело сжигает во время тренировки. Когда мы отдыхаем и занимаемся малоинтенсивной деятельностью (читаем эту книгу или прогуливаемся по парку), организм сжигает жир в качестве основного топлива. С биологической точки зрения эта стратегия имеет смысл: у вас есть практически неограниченная энергия, хранящаяся в виде жира, и, хотя требуется больше времени для его переработки и сжигания, чтобы сделать АТФ, при низких уровнях затрат нам не нужно, чтобы этот процесс ускорялся. По мере увеличения интенсивности упражнений в смесь топлива добавляется больше глюкозы. Одна часть поступает из сахара в крови, другая – из запасов гликогена в мышцах. По сравнению с жиром, глюкоза легче и быстрее сжигается (даже если образуется из гликогена). Эта лучшая доступность помогает «спонсировать» мышцы АТФ по мере роста интенсивности физических упражнений и потребности в энергии. Зависимость от глюкозы при высокоинтенсивных тренировках также является причиной того, что гонщики говорят об «углеводной нагрузке» и очень тщательно выбирают напитки и еду во время подготовки к гонке. Если у нас недостаточно углеводов, которые можно сжечь, то это может привести к тому, что тело станет ослабленным, вялым и будет вынуждено подпитывать себя медленно сгорающими жирами. Вы можете обучить организм, чтобы он приспособился к смеси сжигаемого жира и глюкозы, и некоторые гонщики поступают именно так. Они тренируются при недостатке углеводов, чтобы тело научилось сжигать больше жира и экономить драгоценную глюкозу (пути сжигания жира, показанные на Рис. 2.1, активизируются, частично за счет производства большего количества необходимых ферментов). Однако даже у этого процесса есть пределы. В день гонки все зависят от топлива из углеводов. В какой-то момент, когда скорость бега и расход энергии продолжают увеличиваться, митохондрии не могут производить АТФ достаточно быстро, чтобы удовлетворить спрос, даже при постоянном поступлении глюкозы. Если мы измерим потребление кислорода в лаборатории, когда вы достигнете этой стадии, то увидим, что потребление газа вышло на плато, и показатели больше не изменятся, даже если скорость и потребность в энергии будут продолжать расти. Вы не сможете терпеть такое состояние долго. Эта точка разрыва – максимальное потребление кислорода – предел ваших аэробных возможностей. Цепочка поставок, которая доставляет кислород и глюкозу в клетки, а затем преобразует их в АТФ в митохондриях, достигла предела. Она просто не может поставлять ее быстрее. При максимальной аэробной (кислородной) выработке АТФ мышцы вынуждены полагаться на анаэробный метаболизм (Глава 2). Поскольку он ускоряется, производство CO2 продолжает расти, даже когда потребление кислорода остается неизменным. pH крови становится более кислым. Глюкоза в крови расщепляется на пируват, молекулу, которая попадает в митохондрии, превращается в ацетил КоА и питает цикл Кребса, в итоге окупаясь тоннами АТФ (Рис. 2.1). Но в митохондрии образуется пробка, и избыток пирувата превращается в лактат, а затем в молочную кислоту. Мышцы начинают гореть. Сколько еще вы сможете продержаться? Последнее слово остается за мозгом. Темный бесформенный голос, знакомый любому бегуну, начинает стонать в глубине сознания, умоляя остановиться. Его громкость и интенсивность растут, а потом он поглощает вас целиком. В конце концов вы сдаетесь. Просто невозможно бежать дальше. Вы замедляетесь или падаете без дыхания. Расход энергии и максимальное потребление кислорода (VO2 max) – это только одна часть головоломки, которая устанавливает предел выносливости, но именно эти два фактора являются ключевыми. Мозг внимательно слушает, как тело переключается с чистого аэробного метаболизма на более сложную смесь аэробного и анаэробного. Когда профессиональные бегуны достигают точки максимального потребления кислорода, выносливость резко падает (Рис. 8.1). Марафонец мирового класса может поддерживать скорость 2:65 километров в минуту – как раз на грани достижения VO2 max – чуть более двух часов. Увеличьте этот показатель всего на 5 %, до 2:56 километров в минуту, и период времени, которое он может поддерживать этот темп, сокращается вдвое. Он пересек порог VO2 max, и зависимость от анаэробного метаболизма сигнализирует мозгу, чтобы пора остановиться, прежде чем будет нанесен какойлибо ущерб. Еще немного, и его выносливость – максимальное количество времени, которое он может пробежать, прежде чем упасть, – будет продолжать стремительно падать, поскольку тело все больше полагается на анаэробный обмен веществ. Метаболический механизм формирует внутреннюю, невидимую сущность каждой гонки на выносливость. Марафоны очень увлекательны, потому что гонка проходит на грани и все бегуны почти достигают максимального потребления кислорода (Рис. 8.1), каждый следит за собственным телом и пытается прочитать мысли противников, выискивая подходящее время, чтобы обогнать их. Порог VO2 max превращает короткие гонки в своего рода кровавый спорт, где каждый участник пытается найти баланс между кислородом и болью, чтобы иметь возможность пробежать гонку и не сдаться перед финишем. Тем не менее любые легкоатлетические соревнования подходят к концу. Даже марафон заканчивается менее чем за три часа, если вы достаточно быстры. А как насчет действительно долгих ужасов? Бесславного нескончемого марафона голода и страданий? Например, когда вы с упряжкой хаски тащитесь через Антарктиду в течение трех месяцев, а сани, перевозящие всю еду, падают в бездонную расщелину и вы прибегаете к поеданию собак одной за другой в отчаянной бесконечной попытке добраться домой? Экстремальные события, подобные этому, по понятным причинам редки, но все большее число исследований отслеживают энергетические затраты таких людей, как Брайс, которые буквально раздвигают границы возможного. То, что они рассказали нам о выносливости, изменило наше понимание пределов метаболизма. Выносливость, исчисленная в днях, неделях и месяцах Как бы впечатляюще это ни выглядело, североатлантическое путешествие было не самой продолжительной экспедицией Брайса Карлсона. Прежде чем покорить океан, он пересек континент. Утром 16 января 2015 года отважная и веселая команда бегунов собралась на Хантингтон Бич, штат Калифорния. Их ноги были в песке, а за спиной шумел спокойный океан. Брайс, конечно же, был там вместе с дюжиной других мужчин и женщин, которым не терпелось отправиться в путь. Один из них, человек по имени Ньютон из Вермонта, праздновал семьдесят третий день рождения, но спортсмены не собрались там не для того, чтобы задуть свечи на торте. Они намеревались отправиться в дерзкий трансконтинентальный забег гонку через все Соединенные Штаты. В восемь утра они начали гонку, легко пробегая по городским просторам Южной Калифорнии, направляясь на восток, навстречу солнцу. К середине дня бегуны завершили дневной марафон – это была их цель на день. Они отдохнули во временном лагере у финишной черты, легли спать, а на следующий день проснулись и пробежали такое же расстояние еще раз. И снова. И снова… Брайс и другие спортсмены по всей Америке, включая Ньютона, пробегали целый марафон в сутки, шесть дней в неделю (а иногда и семь), в течение 140 дней. Они преодолели более 4800 км, пробираясь через пустыни американского континента, на юго-запад, через холмы и равнины Техаса, через зеленые леса Каролины, и на север к Вашингтону, округ Колумбия, к Белому дому. К счастью для нас, Даррен и Сэнди Ван Сойе, супруги, которые организовали гонку по всей территории США, пригласили на нее группу ученых (Даррен также был одним из бегунов). Брайс, в то время профессор Университета Пердью и один из команды спортсменов, хотел возглавить исследовательскую работу во время гонки, и Ван Сойе согласился. На антропологической конференции за год до забега Брайс неожиданно подошел ко мне и спросил, не хочу ли я измерить энергетические зат раты бегунов. Это был первый раз, когда я встретил его или услышал что-нибудь о гонке через США, и я был уверен, что он бредит. Пятимесячный 4800 километровый забег через всю Северную Америку? Все это звучало абсурдно. Я сразу же согласился принять в этом участие! Скорость основного обмена, в отличие от ежедневных энергозатрат, не изменилась у бегунов с начала до конца гонки. Вместе с моими коллегами Карой Окобок (бывшей аспиранткой из моей лаборатории) и Ларой Дугас (с которой читатели познакомятся далее) мы измерили скорость основного обмена (СОО) бегунов перед забегом, а затем дважды во время соревнования – в начале и в конце. Предполагалось, что эти измерения помогут установить два важнейших параметра. Во-первых, благодаря измерениям, сделанным во время гонки, мы получили бы точный расход калорий, сжигаемых каждый день при экстремальных физических нагрузках (редкая и ценная информация). Во-вторых, мы могли бы сравнить ежедневные затраты энергии в начале и конце гонки, чтобы проверить метаболическую компенсацию. Смогут ли тела бегунов приспособиться к такой экстремальной нагрузке, сократив затраты энергии, чтобы компенсировать огромный рост затрат на физическую деятельность? Шесть бегунов согласились принять участие в этом метаболическом эксперименте. Кейтлин Тербер, аспирантка из моей лаборатории, руководила полевыми исследованиями по измерению ежедневных энергетических затрат (используя метод дважды меченой воды, глава 3). Она прилетела в Калифорнию к началу гонки, а затем, пять месяцев спустя, в Вирджинию для последнего недельного забега. Она даже выследила двух бегунов, которые отделились от гонки на полпути, чтобы сократить маршрут (еще одно доказательство того, что амбиции и здравомыслие относительны). Лара Дугас также собрала тщательные измерения БСМ бегунов в начале и в конце гонки, хотя ей не удалось получить данные двух спортсменов отщепенцев. Один из шести бегунов в выборке выбыл из гонки через несколько недель из-за травмы. В то лето, когда Кейтлин просматривала результаты анализов, она обнаружила необычные результаты. В первую неделю забега спортсмены тратили столько энергии, сколько мы и ожидали: затраты на марафон (около 2600 ккал) + ежедневный расход энергии. Одной недели недостаточно для того, чтобы организм приспособился к новой нагрузке – марафону в день – и поэтому затраты на эту деятельность были просто добавлены к обычному энергетическому бюджету организма. У Брайса и других бегунов результаты в среднем показывали 6200 ккал в день. Но к концу гонки, 140 дней спустя, их тела изменились. Даже при той же сумасшедшей нагрузке бегуны сжигали 4900 ккал в день – все еще впечатляюще, но это на 20 % меньше, чем в начале гонки. Частично это изменение можно было списать на то, что на востоке меньше холмов и что спортсмены сбросили вес, но это не объясняет того факта, что по крайней мере 600 ккал в день, казалось, просто исчезли из их ежедневного энергетического бюджета. Это была компенсация, ограничение метаболизма в действии: столкнувшись с огромной физической нагрузкой, тела бегунов сокращали затраты энергии на другие задачи, чтобы попытаться держать ежедневный расход в узде. Марафон требовал намного больше энергии, чем организм мог компенсировать – ежедневный расход в течение последних недель гонки были намного выше показателей перед соревнованием, – но тела пытались это сделать. Еще одну интересную вещь мы заметили, когда изучили скорость основного обмена, информацию о которой собрала Лара Дугас: в отличие от ежедневных энергетических затрат бегунов, их показатель не изменился по сравнению с началом гонки. Энергетическая компенсация никак не сказалась на скорости основного обмена. Вместо этого та часть ежедневных затрат, которая сократилась, была тем, что мы обычно называем расходом энергии на активность, или РЭА, частью ежедневных затрат, которая остается после вычитания СОО и затрат на пищеварение. Странно думать, что РЭА уменьшится, когда рабочая нагрузка (марафон каждый день) останется прежней, но на самом деле мы видим, что компенсация энергии проявляется в этом компоненте довольно систематически. Как так получается, что расход на активность уменьшается, если физические нагрузки, наоборот, увеличиваются? Один из возможных вариантов заключается в том, что люди уменьшают повседневную активность без физических упражнений – это то, что исследователь Джеймс Левин назвал термогенез повседневной активности, или NEAT, – чтобы уменьшить РЭА, когда физические нагрузки увеличиваются. Идея заключается в том, что тело может бессознательно устранять небольшие, упускаемые из виду действия, которые сжигают калории, такие как ерзание или стояние, в ответ на повышенные требования к физической нагрузке. Это интересная идея, и, безусловно, она может способствовать компенсации энергии, но доказательства неоднозначны. Исследования, проведенные Эдом Мелансоном и другими учеными, которые измеряли реакцию на физические упражнения, показали либо минимальный эффект, либо вовсе его отсутствие. Кроме того, трудно представить себе, что бегуны в гонке по США экономили 600 ккал в день, меньше ерзая. Другое возможное объяснение состоит в том, что расход энергии на активность – это больше, чем просто физическая деятельность. Тело подчиняется выраженному циркадному ритму: скорость обмена веществ в состоянии покоя (коллективный метаболизм органов) ежедневно следует по траектории американских горок, вверх и вниз, поднимаясь до пика в конце дня и достигая нижней точки рано утром. Мы измеряем скорость основного обмена рано утром. Вычисляя РЭА путем вычитания СОО и затрат на пищеварение из ежедневных энергетических затрат, мы неявно игнорируем ежедневный рост энергетических затрат в состоянии покоя и вместо этого объединяем все эти калории, не связанные с физической деятельностью, в расходе энергии на активность. Я подозреваю, что энергетическая компенсация, которую мы часто наблюдаем в РЭА, отражает уменьшение амплитуды циркадных ритмов при расходовании энергии в состоянии покоя. Увеличение нагрузки от упражнений не обязательно приводит к снижению расхода на отдых, но подавляет пики. Полученное в результате снижение РЭА выглядит как энергетическая компенсация, возникающая из-за изменения активности, но на самом деле это происходит из за снижения энергетических затрат на все остальное, например здоровое подавление иммунной активности, половых гормонов и стресс реактивности, которые мы обсуждали в предыдущей главе. Это довольно новая и широко обсуждаемая область исследований, и многие лаборатории (в частности, моя) работают над идеями, связанными с ней. Элементарно, мой дорогой Ватсон Мне было безумно любопытно узнать, как ежедневные энергетические затраты участников гонки по всей Северной Америке отличались от показателей других, еще более экстремальных спортсменов. Поэтому я начал копался в научной литературе, чтобы узнать все, что мог, о метаболизме во время экстремальных событий: триатлон Ironman, 100 мильный ультрамарафон в западных штатах, «Тур де Франс», антарктический пеший туризм, военные экспедиции и многое другое. Я сделал достоверные оценки ежедневных затрат энергии для мировых рекордов на сверхдлинные дистанции, начиная с максимальной дистанции, пробегаемой за 24 часа, и заканчивая 46-дневным лучшим результатом для 3500 километровой Аппалачской тропы. Я искал соревнования на выносливость, которые длились дольше, чем гонка по США, но не находил ничего. Самой продолжительной и самой энергозатратной активностью, которую удалось найти, была беременность: девять месяцев, с ежедневным расходом 3000 ккал в день или более в третьем триместре. Глядя на эти рекорды человеческой выносливости, я понимал одно: ежедневные затраты были выше для более коротких соревнований, таких как триатлон, и ниже для длинных, таких как «Тур де Франс». Тем не менее было трудно сравнивать все исследования, в значительной степени потому, что испытуемые каждого из них сильно отличались по массе тела, которая, как мы знаем, влияет на скорость метаболизма (Глава 3). Чтобы учесть этот параметр, я предпринял то, что часто делают исследователи метаболизма: разделил ежедневные затраты энергии на скорость основного обмена. Это соотношение, называемое метаболическим диапазоном, устраняет воздействие массы тела, потому что она влияет на суточный расход и СОО аналогичным образом. Вы можете думать о метаболическом диапазоне как о скорректированных ежедневных затратах энергии в зависимости от веса. Когда я сопоставил метаболический диапазон с длительностью соревнования, результат был поразительным и прекрасным. С экрана ноутбука на меня смотрела элегантная четкая линия, изящная дуга, уходящая вниз от высоких затрат самых коротких событий к более низкому расходу для самых длинных (Рис. 8.2). Я понял, что смотрю на карту. Эти точки и линия обозначали границы человеческой выносливости. Я быстро добавил все другие показатели из исследований выносливости, которые смог найти, от военных учений до спортивных тренировок. Каждый был в пределах человеческих возможностей. Ни один из них не перешел границу. Что по поводу беременности? Она находится прямо на границе, обозначая предел метаболических возможностей. Будущие матери раздвигали границы возможного, подобно велосипедистам «Тур де Франс». Беременность – это ультрамарафон. Рис. 8.2. Предел выносливости (показан как метаболический диапазон или кратность СОО) для событий, длящихся дни, недели или месяцы. Закрашенные черные круги показывают события на пределе человеческой выносливости (некоторые помечены). Белые круги являются результатом изучения других длительных высокоинтенсивных видов деятельности, от альпинизма до олимпийской подготовки. Примерный энергетический расход Брайса Карлсона во время переправы через Северную Атлантику помечен ×. Мы можем быть уверены, что метаболический потолок на Рис. 8.2 является реальным пределом, потому что никто никогда не выходил за него. Профессиональные велосипедисты, триатлонисты и те, кто отважился испытать свои метаболические возможности, тренируются всю жизнь, чтобы максимально приблизиться к этой грани. Их конкуренты делают то же самое, и поэтому гонки сводятся буквально к миллиметрам у финишной черты, которые разделяют лучших из лучших после нескольких часов или даже недель гонки. Если бы они могли каким-то образом пробить этот метаболический потолок (например, если бы велосипедист мог поддерживать метаболический диапазон ультрамарафонца в течение полного четырехнедельного «Тур де Франс»), они бы выиграли с разрывом в несколько часов, закончив гонку, на километры обогнав других участников. Но они этого не делают, потому что не могут. Они не в состоянии выйти за пределы человеческого тела, а могут только подтолкнуть себя к краю и надеяться, что их конкуренты моргнут первыми. Брайс Карлсон – единственный известный мне человек, который дважды приблизился к этой черте в совершенно разных видах спорта. Он и все участники гонки по всей Северной Америке достигли этого предела, когда бежали через весь континент, и он почти добился этого снова, когда греб на лодке Люсиль через Северную Атлантику. Выносливость требует храбрости Вскоре после того, как мы объединили показатели гонки по США и другие результаты исследований высокой выносливости, я представил наше открытие пределов метаболизма человека на конференции в Швейцарии. Джон Спикмен, пионер в области метаболической физиологии, был доволен, но не впечатлен. Он провел ряд исследований, выискивая физиологические механизмы, которые ограничивают максимальные затраты энергии у млекопитающих. Джон считал терморегуляцию критической проблемой: если скорость обмена веществ становится слишком высокой, организм перегревается. В одном знаменитом исследовании он побрил кормящих мышей, чтобы показать, что они могут сжигать больше калорий и производить больше молока, когда быстрее теряют тепло. Может быть, я и наметил границы человеческой выносливости, но Джон хотел найти физиологический механизм, который ее формирует. Я не придавал этому особого значения, но терморегуляторный предел казался маловероятным. В конце концов, в нашей разнообразной выборке исследований были люди, участвующие в триатлоне на Гавайях, ездящие на велосипеде по Европе в жару и путешествующие по холодной Антарктиде. У всех них был один предел выносливости. Если перегрев был главным препятствием, то антарктические путешественники – как бритые мыши Спикмена – должны быть в состоянии выйти за пределы человеческой выносливости. Мы с Джоном изучили полученные данные и нашли более убедительное объяснение. Когда мы построили график потери веса и расхода энергии выносливых спортсменов, то начала вырисовываться четкая закономерность. Ежедневная потеря веса увеличивалась пропорционально энергозатратам. Эти спортсмены не пытались похудеть – напротив, они съедали все самые высококалорийные продукты, которые попадались на глаза. Но, несмотря на старания, им не удавалось получать топливо достаточно быстро, чтобы удовлетворить потребности, и по мере роста расхода энергии дефицит только усиливался. Для безграничной выдержки вы должны быть в состоянии сохранять вес – нужно поддерживать ежедневный расход энергии на уровне примерно от 4000 до 5000 ккал. Затем еще один кусочек головоломки встал на место. Когда мы сопоставили ежедневные измерения затрат энергии с данными о потере веса, то обнаружили, что каждый спортсмен (и беременная мать) получал одинаковое количество энергии в день. Все испытуемые, от антарктических путешественников до профессиональных бегунов на длинные дистанции, поглощали примерно в два с половиной раза больше энергии, чем их скорость основного обмена (точно так же мы поступали с расходом энергии: рассчитывали потребление энергии как кратное СОО, чтобы учесть различия в массе тела). Энергия, превышающая кратный лимит потребления СОО в 2,5 раза, исходила из жировых запасов, и именно поэтому спортсмены, у которых расход был выше этого уровня, теряли вес. Чтобы проверить, действительно ли тело не может поглощать больше энергии, мы включили в анализ исследования по принудительному перееданию. В этих экспериментах люди должны были каждый день потреблять больше калорий, чем сжигали. Получился похожий результат: когда мы подсчитали общее количество калорий, поглощенных организмом, у всех участников показатели скорости основного обмена были примерно в 2,5 раза выше. Если выражать это в других терминах, то можно сказать так: независимо от события или обстоятельств, максимальное количество энергии, которое может потребить организм, составляет около 4000–5000 ккал в день. Кроме того, если вы будете съедать больше, то окажетесь в отрицательном энергетическом балансе, то есть будете сжигать больше жира и гликогена, чем можете пополнять каждый день, и таким образом вы постепенно будете умирать. Конечно, вы можете поддерживать отрицательный энергетический баланс в течение нескольких дней или даже месяцев – это оборотная сторона человеческой выносливости. Однако так не может продолжаться вечно. Для поистине безграничной выдержки вы должны быть в состоянии сохранять вес, а для этого нужно поддерживать ежедневный расход энергии на уровне примерно 2,5 СОО (от 4000 до 5000 ккал) или ниже. Тело просто не может переваривать и поглощать калории быстрее. Во время длительных событий нас поддерживают не мышцы, а храбрость и мужество. Мы еще не знаем, как организм интерпретирует потерю веса во время многодневных и многонедельных событий и как он подает сигнал об усталости и потери выдержки. Довольно очевидно, что мозг координирует этот ответ, как во время марафонов и коротких забегов. В конце концов, велосипедисты «Тур де Франс» останавливаются не потому, что голодны, а потому, что истощены – ощущение, полностью сформированное в мозге. Кажется, однако, что сигнал о потере веса играет решающую роль. Как мы уже говорили в Главе 5, мозг очень точно отслеживает изменения массы тела и реагирует на этот процесс соответствующим образом. Следовательно, высокая скорость похудения, по-видимому, является для него критическим сигналом, поскольку он регулирует выносливость и интенсивность усилий. И наоборот, найти какой-то метод улучшения способности усваивать калории может быть эффективным способом повышения выносливости при участии в многодневных и многонедельных спортивных мероприятиях. Велосипедисты «Тур де Франс» – или, во всяком случае, врачи их команд – похоже, согласились бы с этим. В 1980 х и 90 х годах некоторые спортсмены начали внутривенно вводить липиды и глюкозу ночью, между этапами гонок. Поступая напрямую в кровоток, эти вещества обходят пищеварительную систему и ограничения на поглощение энергии. Может быть, именно поэтому велосипедисты на «Тур де Франс» (результаты которых, как следует четко понимать, мы получили во время гонки в 1980 х годах) потеряли меньше веса, чем ожидалось. По сравнению с другими спортсменами в нашей базе данных, они были аутсайдерами и потеряли менее 1,5 кг в течение гонки. Жиры и сахар не запрещены в спорте на выносливость (нужно же что то есть), но ночные капельницы не одобряются. Преследование внутривенной доставки энергии в 1990 х годах, похоже, отменило эту практику, но, как и другие незаконные усилители производительности, она, возможно, просто ушла в подполье. Атлеты повсюду Метаболические ограничения важны не только во время пешего туризма по Антарктиде или жульничества на «Тур де Франс». Они на самом деле определяют нашу повседневную жизнь. Так, например, эти ограничения предотвращают слишком длительную беременность. Во время вынашивания мать должна поглощать больше энергии, чем сжигает, чтобы плод рос и хорошо развивался. Это основное правило беременности: женщина должна набрать вес. Но по мере того как масса тела увеличивается, растет и ежедневный расход энергии. На девятом месяце (продолжительность типичной беременности) мать оказывается на грани. Если ребенок станет еще больше, то она просто не сможет потреблять достаточно калорий, чтобы поддерживать и себя, и его. Мы считаем, что сигналы метаболического стресса, которые усиливаются по мере того, как беременные женщины приближаются к пределам обмена веществ, помогают запустить процесс рождения. Современные изменения питания и образа жизни могут повлиять на этот метаболический триггер, а мать (и ее не рожденный ребенок) – оказаться в большой опасности. Рождение – это сложнейший процесс, через который приходится проходить представителям нашего вида. Дети рождаются такого же размера, как костное кольцо родового канала. Если новорожденный слишком большой, то возникают серьезные и часто опасные для жизни осложнения. И как дети становятся чересчур большими? Они получают слишком много энергии от мамы, либо поглощая большую долю питательных веществ в кровотоке женщины, либо злоупотребляя гостеприимством. В таких популяциях, как хадза, где беременные матери остаются физически активными в течение третьего триместра, а пища не перерабатывается и переваривается медленнее, плод потребляет меньше энергии. Дети племени вряд ли станут слишком большими: метаболические ограничения матери спровоцируют роды. У нас нет точных данных о частоте осложнений при родах в этом или других небольших племенах, но, кажется, показатели довольно низкие. В США и других странах, где люди малоподвижны, у матерей есть доступ к большому количеству калорий и плоду не нужно конкурировать с энергетическими потребностями физической активности. Возможно, это приводит к тому, что дети рождаются позже и несколько больше – ненамного, но достаточно, чтобы вызвать проблемы. Примечательно, что за последние полвека частота родов с помощью кесарева сечения резко возросла вместе с изменениями питания и физической активности. Пищеварительные ограничения также контролируют ежедневные зат раты энергии в повседневной жизни. В долгосрочной перспективе, когда месяцы превращаются в годы, а годы в жизнь, мы просто не можем сжечь больше калорий, чем получить. Мы должны жить в пределах метаболических возможностей. Никто не может поддерживать ежедневный расход энергии, в два раза превышающий БСМ. И знаете что? Ни у кого это и не получится. Когда мы изучаем данные о ежедневных энергетических затратах людей со всего мира, то замечаем следующую закономерность: все, от нидерландцев до охотников собирателей в африканской саванне, живут в пределах обычной БСМ (+– 2,5). В физически активных популяциях, таких как хадза, организм приспосабливается к поддержанию ежедневных затрат на устойчивом уровне. Мы только что заново открыли модель ограниченного ежедневного расхода энергии. Мы, словно Магеллан, плывущий на Запад, прибываем туда, где остановились в главе 5, но двигаемся в другом направлении. Что такого особенного в Майкле Фелпсе? Изучение пределов человеческой выносливости также дало некоторое когнитивное облегчение. Это было во время одного исследования, над которым я работал в течение многих лет. С тех пор как мы опубликовали первую работу по расходу энергии у племени хадза, доказывающую, что этот показатель ограничен, мне неизбежно задавали один и тот же вопрос во время разговоров и публичных выступлений. Это стало настолько типичным явлением, что я дал ему название: загадка Майкла Фелпса. «Как может быть, – спрашивали мои скептически настроенные коллеги, – что Майкл Фелпс потребляет 12 000 ккал в день, если расход энергии человека ограничен?» Это был справедливый вопрос, и у меня не было простого ответа. Олимпийский чемпион преследовал меня во сне. Человеческая психика устроена странным образом. Пищевые привычки профессиональных спортсменов – это то, почему поклонники боготворят их и создают вокруг них магические ареолы. В профилях этих суперзвезд часто подробно описываются их диеты. Из всех невероятных подвигов, которые совершил Фелпс (мировые рекорды, двадцать три золотых олимпийских медали, бесчисленные восхождения на пьедестал почета), лучше всего запомнилось количество пищи, которую спортсмен съедал. Может быть, результаты такие впечатляющие, потому что и ест он соответственным образом: 12 000 килокалорий в день?! Какие вам нужны более веские доказательства того, что эти супергерои принципиально отличаются от нас с вами? Для того, чтобы разгадать тайну выносливости Майкла Фелпса, мы сначала должны изучить, сколько еды он съедал каждый день. Никто никогда на самом деле не измерял ежедневное потребление пищи у него или его олимпийских товарищей по команде (по крайней мере, эти результаты не публиковались). Вместо этого цифра 12 000 ккал в день, которая закрепилась в коллективном сознании, казалось, была блефом самого Фелпса или людей из его окружения – все это очень смахивало на олимпийское преувеличение реальной цифры. После этого он заявлял, что его ежедневное потребление энергии во время тренировок было ближе к 7000–8000 ккал в день. Даже это число – грубая оценка, основанная на воспоминаниях о далеких днях, и есть много оснований сомневаться в правдивости этих показателей. Когда человек сам измеряет потребление энергии, эти данные редко можно назвать надежными, ведь другие пловцы сообщают о гораздо более приземленных результатах. Кэти Ледеки, еще одна звездная олимпийская пловчиха, говорила о том, что ее рацион предполагал менее 4000 ккал в день. Но давайте возьмем 7000 ккал в день в качестве первой оценки для Фелпса. Как и большинство профессиональных пловцов, Майкл Фелпс был довольно крупным мужчиной, значительно выше среднего роста (193 см) и веса (88 кг). Если мы соотнесем эти данные с уравнением СОО из Главы 3, то можем предположить, что его показатель будет равен около 1900 ккал в день. Однако и в этом прогнозе есть некая неопределенность. Показатели могут отклоняться на 200 ккал в сутки. У людей вроде Фелпса (у которых более низкий процент жира в организме, чем у среднестатистического взрослого человека и, следовательно, мышечная масса быстрее сжигает жир) скорость основного обмена, скорее всего, будет выше среднего. Давайте учтем этот аргумент и скажем, что его показатель составлял 2100 ккал в день. Итак, представьте, что для обычного человека значит потребить 7000 ккал в день. Пищеварительный тракт не извлекает все до последней капли из продуктов, которые вы едите (если бы это было так, вы вряд ли бы вообще испражнялись). Вместо этого эффективность пищеварения человека – соотношение поглощенной и усвоенной энергии – составляет около 95 %. Показатели варьируются в зависимости от рациона и особенностей пищеварительной анатомии и физиологии. Если Фелпс съест 7000 ккал в день, то его тело сожжет потом 6650 ккал. Остальные буквально окажутся в унитазе. При потреблении 6650 ккал в день пловец будет поглощать в три раза больше энергии, чем его СОО. Такой показатель был бы ярким примером высшей степени человеческой выносливости. Мы обнаружили, что профессиональные спортсмены потребляли в среднем в два с половиной раза больше своей СОО, но (как и все в биологии метаболизма) это было лишь среднее значение – вариации могут быть самими разными. Несколько людей в нашей выборке оценивали скорость поглощения энергии чуть выше трехкратной скорости основного обмена. Потребляя 7000 ккал в день, Фелпс будет раздвигать пределы 2,5 кратного правила СОО, но не нарушать его. Он профессиональный спортсмен, но не сверхчеловек. Каждый год десятки тысяч детей в Соединенных Штатах и по всему миру тренируются плавать в надежде стать следующим Майклом Фелпсом или Кэти Ледеки. Что разделяет горстку пловцов, которые действительно станут профессиональными спортсменами, и тех тысяч, у которых это никогда не получится? Без сомнения, вам нужны возможности, хороший тренер, сильная поддержка и редкая решимость победить. Но, может быть, дело не только в этом. Вероятно, также нужен пищеварительный тракт, действительно хорошо поглощающий калории, чтобы вы могли проводить бесконечные часы в бассейне и тело не отключалось. Возможно, Фелпс, Ледеки и другие спортсмены высшего дивизиона современного олимпийского пантеона отличаются не только невероятной силой духа, но и нечеловеческой выносливостью. Эволюционировать, чтобы нарушать правила Мы, люди, любим, когда все просто. Одна причина, одно следствие, один урок. Вишну построил мир, а Шива разрушит его. Мы можем готовить еду, потому что Прометей украл огонь. Бабушка должна умереть, потому что Ева съела яблоко. Джон и Пол создали «Битлов», а из-за Йоко группа распалась. Черепахи – и нет им конца (юмористическое выражение проблемы бесконечного регресса. Это высказывание намекает на мифологическую идею о том, что Земля покоится на спине большого зверя (мировой черепахи/черепах). Мы также тяготеем к простым эволюционным историям. Но естественный отбор редко нацеливается на какой-то признак в отдельности, и большинство из них имеют множественные последствия, каждое из которых способствует эволюционному успеху или неудаче. Очевидная польза признака сегодня не обязательно является причиной, по которой он появился. Мы думаем о перьях как о приспособлениях для полета, однако изначально они появились у ранних предков птиц и помогали им согреваться. Дарвин считал, что предки человека начали ходить на двух ногах, чтобы освободить руки для использования орудий – неплохая догадка (поскольку именно так мы поступаем сегодня), но с учетом археологических данных явно ошибочная. Я видел, как коллеги бесконечно спорили о том, способствовал ли естественный отбор развитию большего мозга у гомининов, потому что улучшал умение добывать пищу или социальную смекалку (конечно, он делал и то, и другое, и даже больше). Язык имеет так много преимуществ и применений, что в 1866 году Французская академия запретила любое обсуждение его происхождения, так как не было никакого способа выбрать одно из сотен предположений. Но, как бы это ни было неприятно, мы должны принять сложность эволюции и взаимозависимость наших особенностей и способностей, если хотим получить глубокое и реальное понимание собственного эволюционного прошлого. Борьба с фактами, которые кажутся известными и неопровержимыми, и оценка конкурирующих идей – вот что отличает науку от мифологии. Метаболический механизм обеспечивает совершенную физиологическую взаимосвязь всех органов тела. Тот же механизм, который ограничивает спортивную выносливость, отвечает за беременность и регулирует ежедневные затраты энергии. Что характерно, все эти аспекты обмена веществ развиты у нас намного лучше, чем у наших родственников обезьян. Мы более выносливые, у нас более крупное потомство и более высокие ежедневные затраты энергии, чем у шимпанзе, бонобо или любого другого большого примата. Естественный отбор развил метаболические способности, увеличив затраты энергии по всем направлениям. Каждое из них оказалось в выигрыше. Так какие же черты были ключевыми? Благодаря каким из них улучшились метаболизм и выносливость? Появилась способность чаще рожать больших детей? Мозг получает больше энергии? Повысился уровень ежедневной физической активности? Как и большинство споров о самом главном факторе, объясняющем человеческую эволюцию, предпосылки ошибочны. Скорее всего, все эти преимущества (и, возможно, другие) усилили влияние естественного отбора для повышения метаболических возможностей наших предков гомининов. Каждое из них является неотъемлемой частью того, что делает нас людьми сегодня. Несомненно, лишь одно: по сравнению с родственниками обезьянами, мы раздвинули границы обмена веществ. Как говорилось в Главе 4, охота и собирательство изменили то, как мы получаем энергию из окружающего мира и используем ее для роста, размножения и выживания. Мы оставляем больший энергетический след. Подобно языку, использованию орудий и ходьбе на двух ногах, лучшая метаболическая способность влияет почти на все аспекты жизни. Но эволюционное стремление к увеличению расхода энергии не закончилось ускорением метаболизма. Человек нарушил правила более фундаментальным образом. За последние два миллиона лет мы выяснили, как использовать энергию вне нашего тела для достижения поставленных целей. Это беспрецедентное новшество в истории цивилизации. Будущее нашего вида будет зависеть от того, насколько хорошо мы справимся с постоянно растущей жаждой энергии. Может быть, у хадза есть какие-то знания, которыми они могут поделиться. Глава 9. Прошлое, настоящее и неопределенное будущее человека энергетического прошлое, настоящее и неопределенное будущее «Сколько времени потребуется, чтобы дойти до твоего дома?» – спросил Онаваси. Это был вполне оправданный вопрос. Не имея других средств передвижения, мужчины и женщины хадза ходят. У них нет понятия «слишком далеко». Их не пугает перспектива двухдневной прогулки в деревню, чтобы обменять мед на новую одежду или кастрюлю, или даже более длительные походы в гости к друзьям в далекие поселения. Среднестатистический американец всегда запрыгивает в машину, если ему предстоит преодолеть расстояние больше одного километра. Вопрос Онаваси касался скорее расстояния, чем времени. Племя хадза знает, что исследователи любят оценивать путь в милях или километрах, но это не та система измерения, к которой они привыкли. Количество дней, которое требуется, чтобы дойти куда-то является наиболее значимой мерой расстояния до отдаленных мест. Все было хорошо, за исключением того, конечно, что совершенно неразумно идти пешком до моего дома: он находился более чем 12 000 км отсюда, через два континента и океан. Даже если бы можно было каким-то образом пересечь Атлантику пешком, человеку хадза, преодолевающему 16 км в день, потребовалось бы 2,5 года, чтобы добраться туда. За такое расстояние он сожжет по крайней мере 400 000 ккал. Пройти 12 000 км за два с половиной года не кажется таким уж смешным – это вполне нормальная скорость для человека. Абсурдным было то, что я преодолел это расстояние меньше чем за день. Я путешествовал по воздуху почти в тысячу раз быстрее, чем обычный человек пешком, и оказался в лагере хадза так быстро, что был в состоянии джетлага (Джетлаг – рассогласование циркадного ритма человека с природным суточным ритмом, вызванное быстрой сменой часовых поясов при авиаперелёте). За свою поездку я потратил по меньшей мере в десять раз больше энергии, чем при прогулке пешком – более пяти миллионов килокалорий реактивного топлива на одного пассажира. Энергия, которую мое тело обычно расходовало в течение пяти лет, была потрачена за день. Но я даже не вспотел. Это было абсурдно. Жизнь требует энергии. Каждая физиологическая задача и метаболическая обязанность сжигают калории. То, как мы потребляем и тратим их, определяет все аспекты нашего существования, от темпа жизни до здоровья и физической формы. Мы исследовали эти метаболические механизмы на протяжении всей книги, анализируя все, от митохондрий до марафонов. Но мы не вышли за пределы нашего тела, исследуя только ту энергию, которую потребляет человеческий организм. Современная энергетическая экономика, огромный мировой рынок возобновляемых источников энергии и ископаемых видов топлива, кажется оторванной от внутреннего метаболического энергетического бюджета. Мы даже говорим на разных языках. Тела работают благодаря калориям, дома – на киловаттах в час, а транспорт сжигает галлоны бензина или баррели нефти. Но различие между внутренним и внешним двигателями, которые управляют миром, в значительной степени является изобретением языка, словесной уловкой. Калория есть калория, в пище, которую мы едим, свете, который отражается от солнечных батарей, или окаменелых растениях, которые сжигают машины. Два двигателя, внутренний и внешний, тесно взаимозависимы. И мы редко это ценим. Мы сжигаем энергию извне, используя ее для своих целей, с тех самых пор, как наши предки охотники собиратели начали пользоваться огнем сотни тысяч лет назад. Как мы овладевали огнем, так и он определял нашу жизнь. Точно так же, как метаболизм сегодня – это отражение эволюции, так и современная энергетическая экономика и зависимость от нее являются продолжением прошлого охотников собирателей. Сегодня, несясь сломя голову в странное и прекрасное будущее, мы обнаруживаем, что оказались на пределе возможностей, без каких-либо ограничений. Мы лучше контролируем энергетическую среду, чем когда-либо прежде. В нашем распоряжении есть захватывающие дух новые технологии, которые заряжают энергией мир и питают тела. Мы можем прокормить миллиарды людей, быстро передвигаться по планете и ступать по Луне, сдвигать горы и реки по своему желанию. Тем не менее, неправильное управление энергетической средой также привело к разрушительным кризисам: ожирению и изменению климата. Способность разобраться с этими двумя энергетическими катастрофами определит коллективное будущее нашего вида. На протяжении всей этой книги мы обсуждали новую науку о человеческом метаболизме, сосредоточившись на том, как на самом деле работают наши тела с эволюционной точки зрения. Мы наблюдали за этим процессом изнутри собственного организма и в исторической перспективе. Закончить эту книгу хотелось бы, сосредоточившись на мире вовне и смотря вперед. Люди развили невероятные, богоподобные способности для управления энергетической средой, как внутренней, так и внешней. Менее чем за столетие самая невероятная научная фантастика стала повседневной реальностью. Но с большой силой приходит ответственность и возможность все испортить. Наш послужной список не особенно обнадеживает. Как мы можем использовать свои силы, чтобы оставаться здоровыми и избежать выгорания как вид? От концентрации энергии до игры с огнем Технологии – это определяющий элемент человеческой жизни с момента зарождения нашего рода и первых дней охоты и собирательства. В 1964 году Луис Лики и его команда проводили исследования в ущелье Олдувай. Там они объявили об обнаружении ископаемых останков вымершего гоминина, чей мозг был примерно вдвое меньше, чем у современных людей, – всего лишь чуть больше, чем у обезьян. Но Лики обратил внимание совсем не на это. Его заинтересовали простые каменные орудия, связанные с окаменелостями, грубые остроконечные камни: чопперы и каменные пластины для разделывания дичи или резки растений. Лики был провокатором и назвал найденные им и его командой останки человеком умелым (Homo habilis), ставя его на самый высокий пьедестал в нашем роде. Его довод был ясен: все существа, достаточно умные, чтобы использовать орудий для охоты и собирательства, пересекали своеобразную черту. Они были скорее людьми, чем обезьянами. Скептически настроенные одетые в твидовые костюмы современники Лики отвергали его смелые заявления, утверждая, что он слишком сильно раздвинул границы нашего рода. Открытия, сделанные в последующие десятилетия, еще больше запутали всех: использование инструментов не является надежным критерием для разграничения животных и человека, как предполагал антрополог. Древнейшие каменные орудия существовали еще до человека умелого, и теперь мы знаем, что обезьяны регулярно используют простые приспособления (но не остроконечные камни) в дикой природе. Тем не менее более широкая точка зрения Лики превратилась в нечто похожее на консенсус. Зависимость от каменных орудий знаменует собой значительные изменения в том, как наши предки гоминины добывали пропитание. Мы единственные хищники на планете, которые полагаются на технологии, чтобы убивать и пожирать добычу. Эти каменные клинки делали возможной охоту и собирательство – квинтэссенцию человеческого образа жизни. Простые инструменты, от каменных топоров в Олдувае до терки на вашей кухне, полезны, потому что позволяют концентрировать энергию. У вас есть сила, чтобы разрезать бифштекс, но только если вы можете сосредоточить ее на острие ножа. Без этого инструмента вы бы замучились, тщетно пытаясь разорвать кусок мяса шишковатыми пальцами и тупыми зубами. То же самое относится и к другим простым ручным инструментам, от лопат до ломов, лука и стрел. Они не делают нас сильнее и не дают никакой дополнительной энергии – мы сами заставляем их работать с помощью силы, которую в них вкладываем. Взамен они позволяют нам использовать энергию более разумными способами. Простые инструменты настолько полезны, что никогда не исчезают. Вместо этого в течение последних двух миллионов лет мы совершенствовали классику (рекламный ролик нового и улучшенного ножа появляется, казалось бы, каждый день) и изобретали новые. Ваш дом полон таких орудий, от маленьких приспособлений на кухне до садовых инструментов в гараже. Первые два миллиона лет набор орудий охотников и собирателей ограничивался палками копалками, остроконечными камнями и молотками. Около 70000 лет назад люди начали изобретать изящные способы накапливать мышечную энергию и концентрировать ее, чтобы отправить копье или стрелу в воздух. Лук хадза – это яркий пример такого эффективного нововведения. Когда мужчины поднимают оружие, сила, с которой они натягивают тетиву, часто превышает их массу тела – эквивалент подтягивания одной рукой. Эта энергия накапливается в натянутой тетиве лука и высвобождается в тот момент, когда стрела выпускается. Она слетает с тетивы со скоростью более 160 км в час, с достаточной энергией, чтобы пробить грудную клетку ничего не подозревающего бородавочника. Мозг обнаруженного гоминина был вдвое меньше, чем у современных людей. Но какими бы хитроумными и важными ни были эти простые инструменты, их воздействие на нашу жизнь затмевается тем, как люди управляют огнем. Огонь был великим технологическим скачком вперед. Каменные орудия, лук, стрелы и другие простые инструменты позволяют управлять тем, как вы храните, фокусируете и высвобождаете энергию вашего тела. С огнем наши предки гоминины получили доступ к совершенно новому ресурсу. В отличие от внутренних метаболических двигателей, наши предки могли жечь костры так часто и долго, как им хотелось. Самое главное, можно было использовать силу огня для выполнения важнейших эволюционных задач: роста, выживания и размножения. Это был первый случай ускорения метаболизма с помощью внешних источников энергии в двухмиллиардной истории человечества. До сих пор остается спорным, когда именно гоминины овладели огнем. Некоторые утверждают, что это этот процесс начался на заре нашего рода, с человека прямоходящего, более миллиона лет назад. Консервативная оценка, основанная на явных свидетельствах приготовления пищи в очагах и сожженных костях животных, предполагает, что это произошло 400 000 лет назад. Независимо от точного времени, кажется, что огонь изначально имел три назначения: приготовление пищи, сохранение тепла и удержание хищников на расстоянии. Использование огня для поддержания тепла означало, что нашим предкам не приходилось дрожать всю ночь. Как мы обсуждали в Главе 3, даже умеренный холод может ускорить метаболизм на 25 %, или примерно на 16 ккал в час. Сон в холоде в течение восьми часов мог стоить охотнику собирателю каменного века более 100 ккал. С огнем эти калории можно было потратить на другие важные физиологические задачи, такие как рост, размножение и восстановление. Наши предки, возможно, спали крепче, зная, что большие кошки и другие животные инстинктивно избегают огня. Влияние огня на рацион и пищеварение было еще более сильным. Как подробно излагает Ричард Рэнгем в своей превосходной книге «Зажечь огонь», кулинария полностью изменила нашу систему питания, а она, в свою очередь, трансформировала человеческие тела. Древесные пожары выделяют около 3500 ккал на килограмм топлива. При разведении простого костра большая часть этой энергии теряется в воздухе. Тепловая энергия огня изменяет структуру пищи и ее химический состав. Мясо становится легче жевать. Белки денатурируются, что облегчает их переваривание. Крахмалы, которые иначе не усваиваются, трансформируются, и углеводы из них попадают в кишечник. Наибольший эффект наблюдается при приготовлении корнеплодов, полных резистентных крахмалов, которые наш кишечник не может переварить: мы получаем вдвое больше калорий из вареного картофеля, чем из сырого. Короче говоря, огонь усиливал питательные свойства продуктов, увеличивая количество энергии на один укус и уменьшая число калорий, затрачиваемое на переваривание пищи. Со временем наши предки охотники и собиратели научились полагаться на огонь для приготовления пищи. Пищеварительные возможности снизились, а энергия для большого кишечника и интенсивного переваривания перераспределилась между другими задачами организма. Часть дополнительных калорий, по-видимому, была направлена на размножение, чего и следовало ожидать от естественного отбора. Как мы уже говорили в Главе 5, у людей рождаются более крупные дети, чем у всех наших родственников обезьян. Увеличение количества энергии от приготовления пищи, возможно, также способствовало развитию более крупного и энергозатратного мозга. Загвоздка состояла в том, что гоминины стали физиологически зависимыми от приготовления пищи. Все когда-либо существовавшие сообщества, от тропиков до Арктики, готовят себе еду. И хотя было бы неэтично проверять, насколько сильно мы нуждаемся в приготовлении пищи, лишая когото этого блага цивилизации, в движении сыроедов достаточно людей, которые являются настоящими участниками такого эксперимента. Они избегают приготовления пищи по целому ряду философских причин или ошибочных представлений о жизненной силе пищи. Самое большое исследование здоровья и физиологии сыроедов включало изучение более чем трехсот мужчин и женщин (каждый из испытуемых придерживался разной строгости диеты) в Германии. Людям сыроедам трудно поддерживать здоровый вес, и многие из них имеют ИМТ ниже 18,5 – это порог недоедания. У женщин, сидевших на такой диете, часто прекращалась овуляция, и степень нарушения работы яичников напрямую коррелировала с долей сырой пищи в рационе. Репродуктивная функция мужчин также иногда нарушалась, а некоторые сообщали о потере влечения. Без приготовленной пищи способность человека к выживанию и размножению – два неоспоримых критерия эволюционной приспособленности – серьезно снижается. Что характерно, эти мужчины и женщины имели доступ к богатой калориями домашней пище с низким содержанием клетчатки. У них были растительные масла холодного отжима и другие инновации современной кулинарии. Однако этого было недостаточно. Даже с подобными преимуществами человеческий организм не очень хорошо работает на сырой пище. Не может быть, чтобы наши приспособившиеся к огню предки охотники и собиратели могли есть только сырые продукты. С зависимостью от огня, которая уже буквально встроена в наше тело, внутренние и внешние двигатели были безвозвратно соединены. Одного метаболизма уже недостаточно. Люди стали полагаться на второй, внешний источник энергии, огонь, чтобы поддерживать жизнь. Мы стали пиробиологическим видом – человеком энергетическим. Конечно, огонь принес не только дополнительный источник калорий. Пожары могут изменять ландшафт, выжигая полосы леса или кустарника, чтобы освободить место для других растений. Пламя также открыло для нас вселенную химии и новых материалов. Охотники и собиратели палеолита научились использовать огонь, чтобы закалять наконечники деревянных копий, а женщины хадза до сих пор используют эту практику для изготовления палок копалок. Наши предки обнаружили, что из обработанных огнем камней получаются лучшие орудия. Неандертальцы и современные люди научились использовать печи для обжига дегтя, материала, получаемого из березового сока, для приклеивания каменных топоров и других лезвий к деревянным рукояткам. Еще тридцать тысяч лет назад люди разводили костры, достаточно горячие, чтобы обжигать глиняную посуду. Около семи тысяч лет назад ранние земледельческие культуры научились выплавлять руду для получения меди и других металлов. Три тысячи лет назад они стали делать железо и стекло. Прогресс начался. Сто поколений спустя их потомки будут ходить со смартфонами в карманах и посылать роботов с ракетными двигателями на далекие планеты. Технологическое цунами Последние десять тысяч лет потребление внешней энергии росло в геометрической прогрессии. Мы ушли довольно далеко, начав использовать топливо из всех мыслимых источников. Но даже по мере того, как технологии менялись и развивались, мы использовали их для достижения тех же древних целей. По мере того, как увеличивался контроль над внешними источниками энергии, росла и физиологическая зависимость от них. Самым большим изменением в энергетической экономике после овладения огнем стало окультуривание растений и одомашнивание животных. Примерно 12000 лет назад несколько популяций по всему миру сошлись на том, что в итоге полностью изменило нашу жизнь. Вместо того, чтобы отправиться в дикую природу и искать еду там, они принесли ее в лагерь и начали разводить и выращивать ее у себя. По сжатым археологическим данным, в которых тысяча лет может быть запечатлена в сантиметровом слое отложений, переход к сельскому хозяйству, кажется, произошел в одно мгновение. На самом деле не так трудно представить этот процесс в постепенном развитии. Я видел, как хадза экспериментировали с выращиванием кустов пустынной розы (адениума), растения, которое они используют для изготовления яда для стрел, в почве около лагеря. Они часто присматривают за пчелиными гнездами, которые используют для добычи меда, заполняя отверстия, которые делают в дереве камнями, чтобы пчелы вернулись и восстановили улей. Дикие собаки иногда слоняются по лагерю, воруя объедки, а временами ходят вместе с членами племени на охоту за мелкой дичью. Двенадцать тысяч лет назад, когда мир был полон племен охотников и собирателей, подобные вещи, вероятно, не были необычными. Успешные эксперименты дали ранним земледельцам контроль над метаболическими двигателями растений и животных. Человеческий отбор узурпировал власть естественного отбора. В дикой природе растение, которое слишком много вкладывает в плоды или растет слишком быстро, может оказаться в невыгодном положении, выделив слишком мало энергии на выносливые стебли и корни, которые удерживают его в вертикальном положении в ветреную погоду, или шипы и яды, которые отпугивают травоядных. Но в саду эти плодоносящие растения ценились и пересаживались, а репродуктивный успех был намного больше, чем у их скупых соседей. Со временем мы стали манипулировать метаболизмом окультуренных растений, чтобы направить их энергию в крахмалы и сахара, которые питают наши тела. Сегодня фрукты и овощи, которые мы находим на рынке, выглядят как гротескные энергетически насыщенные карнавальные уроды по сравнению с их дикими предками. Мы проделали тот же трюк и с домашними животными. Защищая их от естественных хищников и выбирая победителей и проигравших, мы отдавали предпочтение тем, кто выделял больше энергии на рост и производство молока. Под нашим руководством эти виды превратились в мягкие, тупые, надежные источники жира и белка. Они обеспечивали метаболический механизм для превращения трав и других несъедобных растений в молоко, кровь и мясо для нашего потребления. Лошади и другие крупные виды животных также обеспечили новый вид двигателя – источник механической работы, способный увеличить или заменить наши физические способности. Джеймс Уатт, изобретатель парового двигателя, на заре промышленной революции сделал вывод, что лошадь может с комфортом обеспечивать около 640 ккал работы в час (определение лошадиной силы) и поддерживать эту производительность в течение 10 часов день за днем. Это число впечатляет еще сильнее, чем может показаться. Мышцы в лучшем случае лишь на 25 % эффективны в преобразовании метаболического топлива в механическую работу. Чтобы произвести 6400 ккал работы за десятичасовой рабочий день, лошадь сжигает более 25 000 ккал энергии – и это в дополнение к калориям, затрачиваемым на скорость основного обмена, пищеварение и другие физиологические потребности. Появление вьючных животных, должно быть, было невероятным событием с точки зрения экономики ранних земледельцев. Индивид с таким помощником обладал сверхчеловеческими способностями. Одна лошадь могла справиться с работой 10 человек и обладала геркулесовой силой. Верхом можно было легко покрыть 50 км за день, даже вдвое больше, если бы понадобилось, не вспотев. Это более чем в 3 раза превышает дистанцию, которую проходил за день пеший охотник собиратель. Внезапно то, что когда-то считалось далеким, оказалось очень близко – стоило только протянуть руку. Как и овладение огнем, окультуривание растений и одомашнивание животных увеличило количество калорий в самих продуктах, но уменьшило энергию, необходимую для их получения. Ранние земледельцы испытали неожиданный приток сил. С меньшим количеством энергии, необходимой для физической активности и пищеварения, их внутренние двигатели могли бы использовать ее для других задач. Как мы и ожидали от любого эволюционировавшего организма, эти лишние калории пошли на размножение. В ранних земледельческих культурах по всему миру показатели фертильности повысились, поскольку матери и дети извлекали выгоду из дополнительных калорий, которые давало одомашнивание. В течение столетий, последовавших за внедрением сельского хозяйства, размеры семьи увеличились еще на двух детей. Сегодня мы можем наблюдать последствия этого в популяциях охотников и собирателей и смешанных скотоводческих хозяйствах. Типичная женщина хадза сможет родить 6 детей в течение жизни, в то время как представительница племени цимане, с калорийными преимуществами некоторых традиционных сельскохозяйственных обществ, будет иметь 9. По мере роста населения ранние земледельцы сталкивались со странными новыми проблемами, с которыми их предкам охотникам и собирателям никогда не приходилось иметь дела. Например, угрозами стали перенаселение и антисанитария. Заразные болезни, которые быстро исчезли бы в малонаселенных лагерях охотников и собирателей, превратились в полномасштабные эпидемии, поразившие ранние земледельческие города. Как нам показала пандемия COVID 19, сегодня мы все еще боремся с этими вековыми проблемами. Но увеличение численности популяций также стимулировало инновации. Чем больше население, тем больше людей живут, работают и думают сообща. Объединение большего количества индивидов (то есть мозгов) оказывает синергетический эффект на развитие новых идей – феномен, который Джо Хенрич, биолог эволюционист из Гарварда, называет коллективным разумом. Лучшая способность производить продукты питания также привела к тому, что люди смогли диверсифицировать свою деятельность. Некоторые занимались вещами, которые ни один охотник собиратель не признал бы стоящими. Рождались целые новые ремесла. Более трех тысяч лет назад культуры Средиземноморья, южной части Тихого океана и других стран стали применять силу ветра для плавания. Водяные мельницы изобрели более двух тысяч лет назад, когда люди научились использовать энергию текущей реки для измельчения зерна, подъема воды в ирригационные системы и выполнения широкого спектра других задач. Ветряные мельницы появились несколько столетий спустя. Каждое изобретение и усовершенствование улучшало внешние двигатели и увеличивало количество энергии, которой мы могли управлять. Увеличение численности населения на планете стимулировало инновации. Последняя глава истории нашей внешней энергетической экономики, в условиях которой мы сейчас живем, началась в XVIII веке с использования угля для обогрева паровых машин и фабрик во время промышленной революции. Ископаемое топливо представляет собой коллективный метаболизм бесчисленных растений и животных из далекого прошлого, трудившихся в течение миллионов лет. Сжигая их, мы высвобождаем энергию, накопленную в этих древних организмах. Уголь добывался и сжигался на протяжении тысячелетий, но прогресс в технике добычи и растущий промышленный сектор привели к резкому росту использования угля в Европе XVIII века. Затем последовала добыча нефти и природного газа, которые превратились из маргинальных в основные источники глобального энергопотребления после развития коммерческого бурения в середине XIX века. Сегодня эти ископаемые виды топлива в совокупности обеспечивают более 35 000 ккал энергии на каждого человека на Земле ежедневно, что составляет 80 % внешних энергетических затрат нашего вида. В промышленно развитых странах огромный шаг вперед в потреблении энергии за счет использования ископаемых видов топлива полностью изменил способ производства продуктов питания. В 1840 году, в первые дни промышленной революции в США, фермеры составляли 69 % американской рабочей силы, или 22 % всего населения страны. Каждый из них производил достаточно, чтобы прокормить себя и еще четверых. По мере того, как энергия из ископаемого топлива направлялась в производство продуктов питания в течение последующих десятилетий в виде моторизованных машин, удобрений на основе нефти, передовых транспортных средств и холодильников, количество пищи, которую мог производить такой человек, резко увеличилось. Сегодня фермеры и владельцы ранчо составляют всего 1,3 % рабочей силы США и всего 0,8 % от всего населения страны. Пищевая промышленность, транспорт и розничная торговля используют еще примерно 1 % работающих взрослых. Вместе каждый человек, задействованный в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, производит достаточно еды, чтобы прокормить себя и еще 35 человек. Современная система питания требует огромного количества энергии. Производство продуктов в США потребляет примерно 500 триллионов килокалорий в год. Треть сжигается в качестве бензина или дизельного топлива для сельскохозяйственной техники и транспорта. Еще треть – это ископаемое топливо, используемое для производства удобрений и пестицидов. Электричество для работы ферм, складов и супермаркетов составляет большую часть остального. Эти триллионы килокалорий, направляемые в производство продуктов питания, оказывают глубокое влияние как на стоимость энергии, так и на энергетическую ценность рациона. Чтобы понять, как это происходит, давайте сначала рассмотрим затраты энергии и времени на превращение растения или животного в пищу. В обществах охотников и собирателей, таких как хадза, производство еды требует, чтобы человек шел, прочесывая окрестности в поисках пищи. Затем он должен использовать комбинацию стрельбы и выслеживания добычи, выкапывать клубни, собирать ягоды или мед. Потом следует отнести все домой, но на этом ничего не заканчивается. Животных нужно разделать и приготовить (а для этого собрать дрова), клубни – обжарить и очистить, плоды баобаба – расколоть, чтобы достать мякоть. Наконец, только после всего этого у племени появляется готовая пища. Все эти усилия непосредственно влияют на темпы производства еды. Взрослые члены племени хадза получают примерно от 1000 до 1500 ккал в час во время процесса собирательства. Традиционные методы ведения сельского хозяйства упрощают производство. Поля и стада находятся рядом с домом, поэтому вы тратите меньше времени и энергии на то, чтобы добраться до еды. Урожай можно собрать скопом, что обеспечивает преимущества в плане масштаба. Если растения окультурены и животные одомашнены, они, вероятно, дают больше энергия на грамм своего тела. В результате для цимане и других обществ, занимающихся собирательством и земледелием, скорость производства энергии составляет от 1500 до 2000 ккал в час. В современном индустриальном обществе мало кто работает в пищевой промышленности, и те, кто задействован на производстве, обычно вносят свой вклад только в один аспект (люди, которые выращивают пшеницу, не превращают ее в хлопья для завтрака). Это затрудняет расчет нормы производства продуктов питания на одного человека, но есть и альтернативный подход. Промышленно развитые страны используют деньги для обмена труда на различные товары и услуги. На свободном рынке труда час работы в одной отрасли, такой как производство, должен приносить достаточную заработную плату, чтобы заплатить за час работы в другой, такой как производство продуктов питания. Вместо того, чтобы измерять производство продуктов питания, мы можем спросить, сколько еды может купить рабочий за деньги, полученные за час труда. В Соединенных Штатах в 1900 году, когда индустриализация уже шла полным ходом, за час физического труда на производстве можно было купить более 3000 ккал муки, яиц, бекона и других основных продуктов (Рис. 9.2). По мере увеличения потока энергии ископаемого топлива росла и покупательная способность. Сегодня за часовую зарплату американский рабочий может купить примерно 20 000 ккал тех же самых продуктов. Основные элементы производства еды не сильно отличаются от тех, что есть у племени хадза или цимане, но количество времени и энергии, необходимых человеку, значительно сократилось из-за зависимости от внешних энергетических затрат. Время и энергия, необходимые для выращивания и сбора урожая, транспортировки и переработки пищи, обеспечиваются машинами, работающими на ископаемом топливе, которые увеличивают масштаб производства с невероятной эффективностью. Большое количество низкооплачиваемых (часто эксплуатируемых) сельскохозяйственных рабочих также добавляют свою энергию, трудясь вместе с гигантскими машинами, работающими на ископаемом топливе, чтобы собирать, обрабатывать и упаковывать пищу. Вся эта дешевая энергия воплощается в еде, которая попадает в супермаркет. Это позволяет получить больше калорий за три часа работы, чем мужчина или женщина хадза производят за неделю. Промышленная обработка также увеличила энергетическую ценность пищи, количество калорий в каждом кусочке. Все современные технологии обработки, такие как извлечение масел и сахаров, производство сиропов и подсластителей, измельчение зерна для производства крахмала, требуют невероятного количества энергии. В доиндустриальном мире все это замедляло развитие пищевой промышленности, делая обработанные продукты редкими и дорогими. Сахар считался роскошью. Сегодня дешевая энергия из ископаемого топлива делает переработку прибыльной. Продукты с наибольшим количеством калорий на грамм также являются самыми дешевыми в производстве и потреблении. Подсластители, такие как свекольный сахар и кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, стали самым популярным компонентом американского рациона, составляя 20 % калорий, которые мы потребляем. Масла – это следующий по объему сегмент, на который приходится 13 % калорий. На самом деле обработка перевернула с ног на голову привычное соотношение между затратами и энергетической ценностью. В результате получается перегруженная диета с высоким содержанием обработанных продуктов питания. Энергетическая ценность промышленного рациона на 20 % выше, чем еды хадза, и для получения этих продуктов требуется мало физических усилий. Наши предки охотники и собиратели были бы очень удивлены. Рис. 9.2. Мужчины и женщины в промышленно развитых странах могут получить за час работы гораздо больше пищевой энергии, чем охотники и собиратели или традиционные земледельцы. Сочетание легко усваиваемых калорий и снижения стоимости продуктов питания, вызванное промышленной революцией, могло бы привести к буму рождаемости. К счастью, этого не произошло. Но все эти лишние калории повлияли на потенциальную фертильность. Сочетание богатой энергией обработанной пищи (включая детское питание) и малоподвижного образа жизни снижает энергетическую нагрузку на репродуктивную систему, сокращая время, необходимое организму для восстановления между беременностями. Для американских матерей, имеющих более одного ребенка, среднее время между родами в возрасте двадцати с небольшим лет составляет двадцать один месяц, что на полгода меньше, чем у цимане. Промежутки между родами в 12 месяцев или меньше редки и нежелательны, но не являются чем-то неслыханным в Соединенных Штатах, особенно среди подростков. При таких темпах американская мать могла бы легко произвести на свет 12–15 детей в течение детородного возраста. Но вместо того, чтобы взлететь после индустриальной революции, уровень рождаемости во всем мире снизился по мере модернизации общества. Это явление известно как демографический переход. Женщины стали рожать меньше детей и вкладывать в каждого из них больше времени и ресурсов. Точное сочетание культурных и биологических факторов, лежащих в основе этого изменения репродуктивной стратегии, до сих пор не до конца изучено. Многие отмечают, что снижение рождаемости следует за увеличением продолжительности жизни, предполагая, что семьи реагируют (сознательно или нет) на большую вероятность того, что их дети доживут до зрелого возраста. Другие утверждают, что культурные изменения, включая доступ женщин к образованию и планированию семьи, – это то, что меняет ход событий. Какова бы ни была причина, мы должны быть благодарны. Демографический переход замедлил глобальный рост населения, что позволило нам выиграть время для спасения планеты. Незапланированные последствия Огромные энергетические затраты на производство продуктов питания толкают промышленно развитые человеческие популяции на странную и зловещую дорожку. Основное правило жизни состоит в том, что ни один вид не может выжить, если тратит больше энергии на питание, чем получает из него. Млекопитающие в дикой природе обычно получают около 40 калорий пищи на каждую калорию, которую тратят на поиски еды. Люди в племенах охотников и собирателей, таких как хадза, или в смешанных обществах, таких как цимане, живут немного хуже, и каждая калория труда, потраченная на производство пищи, дает около 10 калорий еды. Наша современная система производства продуктов питания нарушает фундаментальные законы экологии. Когда мы включаем энергию ископаемого топлива, потребляемую в производстве продуктов питания, то сжигаем 8 калорий на каждую калорию пищи, которую производим. Это не лучший способ избежать вымирания. Но это еще не самое плохое. Энергия, потребляемая в производстве продуктов питания, – это только одна часть энергетической экономики. Каждый год в Соединенных Штатах мы потребляем ошеломляющие 25 квадриллионов килокалорий. При населении около 330 миллионов человек ежегодные затраты энергии в США составляют 77 миллионов килокалорий на человека. Это 210 000 ккал в день, что эквивалентно ежедневным затратам энергии девятитонного млекопитающего (африканские слоны весят всего семь тонн). Каждый американец потребляет больше энергии, чем семьдесят охотников и собирателей. В некоторых странах потребление энергии на душу населения еще выше. Страны, располагающие огромными запасами нефти, такие как Саудовская Аравия, или множеством альтернативных источников энергии, как Исландия, как правило, потребляют ее свободно. Но у большинства государств мира все равно нет легкого доступа к внешней энергии, который мы, жители промышленно развитых стран, считаем само собой разумеющимся. Во всем мире наш вид потребляет 141 квадриллион килокалорий в год, в среднем 47 000 ккал на человека в день, что почти в шестнадцать раз превышает энергетические затраты внутреннего метаболического двигателя. На планете 7,7 миллиарда человек, но мы сжигаем энергию, как будто нас 120 миллиардов. Если все это звучит несколько нерационально и немного пугающе, вы ошибаетесь: это совершенно нелогично и абсолютно ужасно. По нынешним лучшим оценкам, нефти и природного газа нам хватит еще на пятьдесят лет, а угля, возможно, на 110. Подсчеты могут, конечно, измениться с учетом совершенствования технологий поиска и добычи ископаемого топлива, но это лишь замедлит процесс падения в бездну. Результат такой деятельности не заставит себя ждать, он еще нам аукнется либо в этом столетии, либо в следующем. Когда ископаемое топливо будет израсходовано, почти 80 % внешней энергии исчезнет. Люди, пережившие исчерпание его запасов, могут быть первым поколением со времен наших палеолитических предков, у которых будет в распоряжении меньше внешней энергии, чем у их родителей. Без какоголибо другого источника энергии, способного заменить ископаемое топливо, местные и глобальные системы производства и транспортировки продовольствия рухнут. Это будут «Голодные игры» без гаджетов, «Безумный Макс» без моторов. Единственное, что страшнее, чем истощение запасов ископаемого топлива, – это катастрофа, которая случится, если мы сожжем все его запасы. Антропогенное изменение климата идет полным ходом, и температура Земли сейчас на 0,8 °C больше, чем в конце XIX века, когда использование ископаемого топлива начало набирать обороты. Новое поколение климатических моделей, которые провели невероятно точную работу по прогнозированию все более теплой и неустойчивой погоды, предсказывают потепление еще на 8 °C во всем мире в следующем столетии или двух, если мы сожжем остаток известных запасов ископаемого топлива. Последний раз планета была такой горячей 55 миллионов лет назад, во время палеоцен эоценового термического максимума (Палеоцен эоценовый термический максимум – геологическое событие, произошедшее примерно 55 млн лет назад, на границе палеоцена и эоцена, и выразившееся в резком потеплении климата Земли, значительном изменении состава атмосферы и вымирании некоторых видов). Океаны стали настолько теплыми, что почти вся жизнь в глубинах вымерла. Уровень моря был по меньшей мере на сто метров выше, чем сегодня. Если мы даже приблизимся к этой степени повышения уровня моря с антропогенным изменением климата, то окажемся в беде. Примерно 10% населения Земли, включая две трети крупнейших городов, находятся менее чем в десяти метрах над уровнем моря, а половина из нас живет менее чем в ста метрах выше уровня моря. Сжигание всех запасов ископаемого топлива изменило бы планету, затопив крупные города и уничтожив целые страны. Чтобы избежать худшего из многих мрачных сценариев изменения климата, придется отказаться от привычки постоянно сжигать ископаемое топливо, и чем скорее, тем лучше. Некоторые из этих изменений сделать очень легко, и мы должны были заняться этим еще вчера. Эффективные автомобили и здания, меньше отходов в упаковке и продуктах, улучшенный общественный транспорт, разумное сельское хозяйство и производство – все это сократит потребление энергии. Несмотря на сопротивление регулированию топливной эффективности и инвестициям в общественный транспорт, есть некоторые обнадеживающие проблески того, что мы становимся немного умнее в использовании энергии. В развитых странах потребление на душу населения неуклонно, хотя и медленно, снижается с 1970 х годов. Этот показатель в Великобритании уменьшился почти на 30 % с 2000 года, а в Соединенных Штатах на 30 % в конце 1970 х и 15 % с 2000 года. Но лучшая эффективность сама по себе нас не спасет. Нашему виду, человеку энергетическому, требуется огромное количество ресурсов. В культурном и биологическом отношении мы эволюционировали, полагаясь на огромные внешние источники энергии, способные поддерживать каждый повседневный аспект жизни. Доиндустриальная энергетическая экономика была просто больше не жизнеспособна в современном мире и не могла сохранить даже какое-то подобие современной жизни. Как мы уже видели, только в Соединенных Штатах небольшому числу фермеров и производителей продуктов питания требуется 500 триллионов килокалорий внешней энергии каждый год, чтобы прокормить сотни миллионов людей, большинство из которых находятся в сотнях километров от них. Мы тратим в десять раз больше энергии на обогрев, охлаждение и освещение современных домов и многоквартирных зданий. Без климат-контроля, который обеспечивает энергия, «Солнечный Пояс» («Солнечный пояс» – это регион Соединенных Штатов, который обычно простирается на юго-восток и юго-запад) все еще был бы малонаселенной пустыней. Соединенные Штаты тратят более 7 квадриллионов килокалорий внешней энергии каждый год на транспорт, который доставляет нас к нашим семьям, вещам и на работу. Мужчины племени хадза, передвигаясь только пешком, проходят около 13 км в день. Поездки на работу в Соединенные Штаты и Европу в среднем составляют почти 13 км в одну сторону, и мы можем хоть завтра улететь в любую точку мира, заплатив за билет на самолет. Тот же самый человек хадза мог бы в хороший день принести домой 13 кг еды, затратив при этом 7 ккал энергии на километр. Дизельный грузовой поезд может перевозить 13 кг в любую точку континента примерно за 0,6 ккал на км. Пища, жилье, передвижение – мы полностью зависим от современных внешних источников энергии, позволяющих жить в промышленно развитом мире. Достаточно легко понять, к какому будущему нужно стремиться, даже если идти к нему трудно. Если мы хотим, чтобы род человека энергетического продолжил существовать, то у нас нет другого выбора, кроме как найти способ питать внешние двигатели без сжигания ископаемого топлива. Климатологи сходятся во мнении, что к 2050 году мы должны достичь нулевых выбросов углерода во всем мире, чтобы иметь разумные шансы избежать катастрофы. До сих пор наш вид нашел четыре способа получать энергию в значительных масштабах, которые не выделяют парниковых газов: гидроэнергетика, ветрогенераторы, солнечная и ядерная энергия. Гидроэнергетика, по сути, исчерпана. У нас больше нет рек, чтобы сделать плотины, и это в любом случае наносит огромный ущерб природе. Остаются солнце и ветер, которые в настоящее время обеспечивают 2 % мировой энергии, и ядерная энергия, которая производит 5 %. Нам нужно значительно повысить эти мощности в какой-то комбинации, чтобы заменить ископаемое топливо. Это достаточно серьезная цель, которой трудно достичь, но есть несколько эффективных стратегий, которые позволят сделать это. И есть много обнадеживающих примеров, которые укажут нам путь. Франция производит более 70 % электроэнергии и покрывает 45 % общего спроса с помощью возобновляемой энергии (в основном ядерной). Расширение производства ядерной энергии в качестве промежуточной или долгосрочной стратегии может показаться пугающим, но стоит отметить, что ископаемое топливо убивает на тысячи человек больше (на единицу выработки энергии), чем атомная энергия. Какие бы решения мы ни выбрали, главное – начать и продолжать двигаться. За последние 50 лет потребление энергии на душу населения в развитых странах снизилось на 30 %. Чего мы не можем сделать, так это предположить, что успех неизбежен. Так или иначе, конец ископаемому топливу близок. Потребуются согласованные усилия и политическая смелость, чтобы создать новую устойчивую внешнюю энергетическую систему. Я беспокоюсь, что недавняя история необузданного прогресса и технологического прорыва нашего вида делает нас слишком самодовольными и ослепляет. Как мы видим в таких местах, как Дманиси (Глава 4), вымирание – это нормальное явление. Наша планета – сложное и непредсказуемое место жизни. Виды и общества многократно проверяются природой на прочность и, как правило, терпят крах. Если мы не найдем устойчивого способа поддерживать внешнее энергоснабжение нашего вида, то тоже потерпим неудачу. Земля поглотит нас и будет жить дальше, безразлично давая костям и руинам смешаться с грязью. В ней достаточно места для этого. Строительство лучшего зоопарка Даже когда мы спешим сохранить внешнюю энергию, доступную нашему виду, следует бороться с ущербом, который она наносит человеческому телу. Индустриальная энергетическая экономика делает современную жизнь возможной, но она также заставляет нас болеть. Мы проектировали мир, чтобы развиваться и жить в комфорте. Нам нужно создавать лучшую окружающую среду, чтобы защитить свои внутренние метаболические механизмы. Без решительных действий по изменению пищевой среды мы никогда не сможем остановить распространение глобальной пандемии ожирения. Как мы обсуждали в Главах 5 и 6, увеличение веса – это фундаментальная проблема энергетического дисбаланса, когда вы потребляете больше калорий, чем сжигаете. Урок, который преподают нам хадза и другие племена, заключается в том, что мы мало что можем сделать, чтобы изменить количество сжигаемых калорий. Ежедневные затраты энергии ограничены узким диапазоном, который ваше тело усердно поддерживает. Таким образом, ожирение – это прежде всего проблема чрезмерного потребления. И, чтобы избавиться от него, нужно пересмотреть систему питания. Мы все должны нести ответственность за свой рацион, но переедание – это не просто недостаток силы воли или дисциплины. Оно гораздо более коварно. Мозг регулирует потребление подсознательно, используя древние, эволюционировавшие системы для управления скоростью метаболизма, чувством голода и насыщения. Энергия, которую мы вкладываем в производство и переработку пищи, превращает ее из источника питания в нечто более похожее на наркотик. Ультраобработанные продукты с более ярким вкусом, которые заполонили полки супермаркетов и рекламу, легко подавляют способность мозга регулировать энергетический баланс. Как показала работа Кевина Холла (Глава 6), рационы, в которых преобладают обработанные продукты, приводят к перееданию и увеличению веса. Дешевые, обработанные, высококалорийные продукты являются прямым следствием индустриального производства и нашей зависимости от доступной внешней энергии (Рис. 9.2). На самом деле это потрясающее достижение. Нам удалось перевернуть с ног на голову один из фундаментальных принципов экологии. В природе богатые энергией продукты, такие как мед, животные или фрукты, всегда встречаются реже и их труднее добыть, чем низкокалорийную пищу, например листья. В современном супермаркете все наоборот. Ультраобработанные продукты, такие как масла, подсластители и нездоровая пища, содержат больше калорий на грамм и стоят меньше. Двойной шоколадный пончик из Dunkin Donut содержит 350 килокалорий и стоит 83 цента, если вы покупаете дюжину. Это 25 центов за каждые 100 ккал. По два доллара за килограмм вкусные красные яблоки стоят 37 центов за 100 ккал, что на 60 % больше, чем пончик. Фрукты, очевидно, полезнее для вас. Из работы Сьюзен Холт о сытости (Глава 6) мы также знаем, что яблоки насыщают в два рада лучше, чем пончики. Но давайте посмотрим правде в глаза. Фастфуд создан для того, чтобы быть неприлично вкусным. Если у вас есть доллар в кармане и вы чувствуете голод, то покупаете пончик или килограмм яблок? Если мы смогли интегрировать эти причудливые продукты в свою жизнь, то должны быть в состоянии отказаться от них. Никто (по крайней мере, я) не хочет жить в мире без пончиков. Но мы должны сделать так, чтобы стоимость еды отражала ее влияние на здоровье. Один из подходов заключается в увеличении цены нездоровой пищи. Налоги на газировку и другие подслащенные напитки – очень непопулярная практика, но, судя по всему, она работает и сокращает количество выпитых напитков. Распространение этих налогов на другие ультраобработанные продукты также может снизить их потребление и в любом случае обеспечит источник дохода для правительств, борющихся с постоянно растущими затратами на здоровье постоянно полнеющих людей. Мы также должны сделать полезные необработанные продукты дешевле. Их должно быть легко найти и купить. В 2015 году более 39 миллионов американцев с низкими доходами жили в продовольственных пустынях, определяемых как районы, где продуктовые магазины находятся более чем в километре ходьбы, если вы живете в городе, или в 15 км езды в сельской местности. Даже если эти люди могут добраться до супермаркета, они сталкиваются с сильно завышенными ценами индустриальной продовольственной системы: обработанные продукты обычно намного дешевле в расчете на килокалорию, чем свежие фрукты и овощи, мясо и рыба. Неудивительно, что ожирение и кардиометаболические заболевания чаще всего можно встретить именно в бедных общинах. Мы уже управляем продовольственными и энергетическими рынками благодаря миллиардам долларов, которые поступают в виде субсидий каждый год. Если бы мы были умнее, то использовали бы эти средства для того, чтобы здоровая пища была дешевле и доступнее. Поскольку фундамент здоровья закладывается в детстве, мы должны сделать школьное питание приоритетом, ограничив доступ к нездоровой пище и увеличив долю цельных продуктов в меню. И нам не нужно ждать, пока правила или социальные сдвиги внесут свои коррективы в пищевые привычки. Как утверждал Стефан Гайенет и другие, даже маленькие действия по избавлению от соблазнительных высококалорийных продуктов могут иметь большое значение. Вы не можете бездумно выпить банку газировки или съесть коробку печенья, если их просто нет у вас дома. Ваза с конфетами на столе в офисе не должна быть там: она никому не помогает. Хранение обработанных калорийных продуктов вне досягаемости делает их более труднодоступными и может повысить вашу внимательность и разборчивость в том, когда и как вы решите побаловать себя. Модернизация также сделала нас оседлыми. Эволюция дала нам тела предков, охотников и собирателей, организмы, созданные для физической активности (Главы 4 и 7). Подобно акулам, мы должны продолжать двигаться, чтобы выжить. Но вся внешняя энергия, которая вкладывается в производство и транспортировку продуктов питания, делает физические упражнения необязательными в индустриальных условиях. За прошедшее столетие доля американской рабочей силы, белых воротничков, таких как юристы, врачи и администраторы, увеличилась с 25 % в 1910 году до 75 % в 2000 году. Сегодня более 13 % всех рабочих мест в США являются сидячими, а 24 % требуют лишь легкой активности. Эти показатели выше среди профессий белых воротничков. В не столь отдаленном прошлом наши предки регулярно поднимались на 15 000 и более ступеней в течение дня. Теперь, впервые в эволюции нашего вида, обычный мужчина или женщина могут зарабатывать на жизнь, даже не вставая со стула. Современный мир работает благодаря транспорту и механизации. Никто не будет каждый день проходить 25 км туда и обратно на работу или подниматься на 30 лестничных пролетов, чтобы попасть в офис. И все же в повседневной жизни нужно больше тренироваться. Физические упражнения – это здорово, и нам нужно чаще ими заниматься. Однако следует выйти за рамки тренировочного мышления, при котором физическая активность ограничена несколькими часами каждую неделю. Сидеть днями напролет смертельно опасно, даже если мы проводим вечера и выходные в спортзале. Нам нужны пригодные для прогулок города и поселки, а также реальные инвестиции в движение людей. Такие города, как Копенгаген, лидируют в этом направлении, проектируя удобные для велосипедов городские районы, где людей больше, чем машин. Системы проката велосипедов также обладают огромным потенциалом, увеличивая ежедневную физическую активность и снижая заболеваемость. Индустриализация и модернизация несут за собой и другие издержки, которые труднее поддаются количественной оценке. Как и у хадза, у наших предков охотников и собирателей были хорошо развиты социальные связи. Они проводили дни на свежем воздухе, под солнцем. Если бы каждый занимался одним и тем же делом и у племени не было бы прочного финансового положения, которое оно сохраняло на протяжении поколений, социальное и экономическое неравенство было бы низким. Хадза горды и независимы и ни перед кем не отчитываются, кроме самих себя. С развитием сельского хозяйства, а затем и индустриализации произошли серьезные изменения в общественном договоре. Классовые различия и иерархии появлялись по мере роста доли богатого населения. Сначала ресурсы заключались в земле, а затем – в капитале. Такая схема отлично работала на высший класс, однако была настоящей катастрофой для тех, кто застрял внизу социальной лестницы и кого использовали как рабов или иным образом эксплуатировали. Остальные были где-то посередине, стремясь подняться по социально экономической лестнице, но также отчаянно не желая быть шестеренками этого механизма. Стресс, возникающий в результате такого социально экономического устройства, от страха перед деньгами и болезненного ощущения, что нас оставляют позади, до ежедневных посягательств на наше достоинство, являются новыми для человеческого вида. И, судя по всему, мы плохо справляемся с ними. Жизнь внизу социально экономической лестницы делает нас больными и укорачивает жизнь. Люди, живущие в бедности, больше страдают от ожирения, диабета, сердечных заболеваний и других кардиометаболических нарушений, чем богатые. И влияние таких различий на рацион и физические упражнения намного больше, чем мы можем предположить. Кроме того, точно так же цветные люди или любые другие маргинализированные общества страдают от плохого здоровья и, как правило, живут меньше. Если мы действительно хотим изменить окружающую среду и избавиться от метаболических недугов, то нужно решать проблемы социально экономического неравенства, а не только питания и физических упражнений. К сожалению, индустриализация также ослабила некоторые инструменты, которые могли бы помочь противодействовать воздействию стресса. Во-первых, уровень ежедневной физической нагрузки понизился. Кроме того, мы стали менее социально активными. Семьи теперь меньше, и они более рассредоточены. Одиночество стало настолько распространенной проблемой, что было признано медицинским заболеванием. Модернизация заставила нас проводить больше времени в помещении. Время, проведенное на свежем воздухе, может снять стресс и способствовать физической активности, и это, по-видимому, улучшает кардиометаболическое здоровье лучше, чем только физическая активность. Хадза проводят практически всю жизнь на свежем воздухе. Типичный американец проводит 87 % времени в помещении и еще 6 % – в автомобиле. Когда мы хотим привнести в жизнь элементы из прошлого наших предков охотников и собирателей, нужно мыслить широко. Дело не только в клубнях. Время, проведенное на свежем воздухе, может снять стресс и способствовать физической активности.
