Теплокровность и теплоустойчивость
Температура среды — важнейший физический фактор эволюции. Приспособление к той или иной температуре среды, т. е. выработка механизмов терморегуляции, играет чрезвычайно важную роль при определении кинетического (биологического) совершенства живых организмов. Есть два способа приспособлений организмов к разной температуре среды.
Первый способ состоит в поддержании постоянных скоростей биохимических и физиологических процессов посредством компенсирующей регуляции этих скоростей при разных температурах среды обитания, а следовательно, и тела организмов (пойкило-термные организмы). Второй способ состоит в поддержании постоянной температуры тела при разных температурах среды (гомойотермные организмы). Тем самым он обеспечивает независимость существования организма от температуры среды.
Априори совсем не очевидно, что второй способ «лучше» первого. Более того, лично мне кажется более «удобной» пойкило-термия — она не требует столь тонких и сложных механизмов терморегуляции. Нам, людям («голым обезьянам») приходится тратить огромное количество угля, нефти, газа, электроэнергии на согревание жилищ. А многие пойкилотермные организмы, например океанические рыбы, ведут весьма активную жизнь при температуре тела, близкой к 0°. Более того, если теплокровность по каким-то причинам (например, для обеспечения автономии от колебаний условий среды) и оказалась выгодной, то почему же наиболее высокоорганизованные животные — млекопитающие и птицы —• поддерживают температуру своего тела в узком диапазоне вблизи 40°? Ведь здесь дорог каждый градус — куда экономнее было бы иметь температуру 25 или 30°.
Нужно сказать, что хотя проблемам терморегуляции посвящены капитальные исследования, вопрос о физико-химических причинах возникновения в эволюции теплокровных организмов и выбора температуры тела вблизи 40°, как мне кажется, не анализируется с должной строгостью.
При анализе этих вопросов сразу же становится очевидным, что необходимость повышения температуры тела по сравнению со средой возникает в эволюции не сразу, а лишь после преодоления диффузионного барьера. В самом деле, скорость химических реакций увеличивается с ростом температуры значительно быстрее скорости диффузии. Поэтому для систем, неприспособленных к активному преодолению диффузионного барьера, повышение температуры скорее вредно, чем полезно: ухудшается возможность регулирования скоростей разных химических реакций, и с приближением к диффузионному пределу они уравниваются. Итак, первый вывод: увеличение температуры способствует кинетическому совершенству лишь активно перемещающихся животных. Как известно, ?акт ферментативных реакций мало, т. е. скорость ферментативных процессов слабо зависит от температуры, однако активность ферментов сильно зависит от других факторов ?—присутствия активаторов, особенностей аминокислотного состава макромолекулы и т. п. Это заставляет усомниться в правильности распространенного мнения о повышении температуры тела, как непосредственном способе ускорения биохимических процессов. Таков второй вывод. Наконец, принято думать, что при высоких температурах возможность жизни высокоорганизованных животных ограничена в силу все возрастающей с повышением температуры денатурации белков. Это также весьма спорно — большинство белков и нуклеиновых кислот денатурируют при температурах, значительно превышающих 36—40°. Кроме того, молекулы белков и нуклеиновых кислот могут в процессе естественного отбора приобрести относительно высокую теплоустойчивость (термофильные бактерии). Значит, возможность жизни сложных организмов при высоких температурах ограничена не денатурацией макромолекул, а другими причинами. Таков наш третий вывод.
Итак, хорошо было бы попытаться выяснить, почему для наиболее высоко организованных животных необходима температура тела в диапазоне 36—40°.
Узость температурного диапазона активной жизнедеятельности теплокровных более всего напоминает ограниченность температурных интервалов, соответствующих каким-либо фазовым переходам. Более того, узость зоны теплокровности свидетельствует о том, что для активной жизнедеятельности необходимы условия, соответствующие именно переходу одного состояния в другое, а не преимущественному нахождению в каком-либо одном состоянии. О каких фазовых переходах может здесь идти речь?