Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях - Ханнс-Кристиан Гунга

пор как я в юности рылся на дне долины близ Хаарштранга в верхнемеловых пластах, на эту тему появился целый рад новых данных, и некоторые из открытых феноменов до сих пор влияют на нашу физиологию. Тогда, в каменоломне близ Кливе, в шестидесятых годах, я рассказывал директору, что возраст окаменелостей верхнемелового периода составляет около 80 млн лет, возраст Земли – около 4,5 млрд лет, а возраст Вселенной достигает 9 млрд лет. Во взглядах на первые две оценки за прошедшие годы почти ничего не изменилось, но вот возраст Вселенной сейчас оценивают приблизительно в 13,8 млрд лет – если считать от момента Большого взрыва: именно тогда возникла известная нам материя, то есть упомянутая выше «барионная материя». Понятие «барионная материя» происходит от греческого слова βαρύς (барис), «тяжелый» или «весомый», а в научный обиход этот термин был введен космологами. Он помогает им описывать различные формы энергии во Вселенной. Барионная материя состоит из кварков и лептонов, которые, в свою очередь, состоят из мезонов и барионов, а возможно, и каких-то других частиц. Мы коротко остановимся на этом потому, что, во-первых, именно эту материю мы количественно и качественно изучаем самыми тонкими методами, чтобы понять ее поведение и структуру в различных химических и физических условиях, а во-вторых, мы и сами составляем крошечную, хотя и весьма специфическую часть этой материи во Вселенной. Согласно расчетам космологов, астрофизиков и астрономов, эта барионная материя составляет всего около 4 % всей Вселенной. Остальные 96 % (!) Вселенной – это приблизительно 73 % темной энергии (dark energy) и 23 % темной материи (dark matter). Как физиолог, я представляю себе это так: я знаю 4 % всей системы «тела» и на этом шатком основании должен делать выводы о функциях целостного организма и об их регуляции. Астрофизики и космологи – люди более смелые, но, возможно, так и должно быть. Биологам приходится труднее, потому что жизнь и ее феномены часто не поддаются физико-математическому моделированию, хотя иногда в некоторых областях их возможно описать и количественно.

Остается открытым один вопрос: откуда взялись химические элементы и как это отразилось на их распределении в космосе и в человеческом организме? Уже через три минуты после Большого взрыва во Вселенной образовались первые элементы, из которых состоит и наш организм, например водород. За ним последовали другие элементы периодической таблицы, такие как гелий или литий. Барионная материя на 99,8 % состоит из водорода (92,9 %) и гелия (6,9 %). Остальные 118 элементов периодической таблицы составляют, следовательно, всего 0,2 % всей материи Вселенной. Приблизительно через 10 000 лет после Большого взрыва материя и энергия были распределены во Вселенной почти равномерно. Незначительные различия в распределении материи приблизительно через 300 000 лет после Большого взрыва под влиянием гравитации привели к образованию первых звезд. Сегодня эти первые звезды обнаруживаются на окраинах Вселенной как квазары; их возраст оценивают в 13,6 млрд лет. В период между 3 и 5 млрд лет после Большого взрыва образовались между тем первые из около миллиарда галактик. В образовании этих систем важную роль сыграли небольшие различия в плотности и воздействие силы тяжести. Мы можем сегодня наблюдать эту разницу в распределении плотности внутри нашей Вселенной, поскольку она приводит к различиям в температуре разных ее частей. Эти различия невелики – всего 0,0002°C, но обнаружить их стало возможно благодаря применению высокочувствительных приборов.

Одна из этого миллиарда галактик – наш Млечный Путь, спиральная галактика. В центре ее находится черная дыра. В области этой черной дыры сила тяжести так велика, что обойти центр галактики не может даже свет. Для нашего краткого обзора важно, что решающую роль для возникновения и развития жизни на Земле сыграло то обстоятельство, что наше Солнце и его планетная система расположены в особой части галактики. Мы находимся – к нашему великому счастью – в 26 000 световых лет от центра галактики, при этом надо помнить, что световой год соответствует приблизительно 10 млрд км – расстоянию, которое свет проходит в течение одного года. Таким образом, мы пребываем на достаточно большом удалении от черной дыры в центре Млечного Пути с его невероятно мощным радиоактивным излучением, которое делает невозможной жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Наше Солнце находится ближе к периферии Млечного Пути в области, называемой рукавом Ориона, то есть в «пригодной для обитания» зоне галактики. Один оборот вокруг своей оси Галактика делает медленно, очень медленно – за 225–250 млн лет. Астрономы называют этот период обращения космическим или галактическим годом. Млечный Путь представляет собой спиральную галактику средней величины; диаметр ее составляет около 100 000 световых лет, а сама она насчитывает около 200 млрд неподвижных звезд.

Неподвижная звезда с размерами нашего Солнца производит энергию за счет реакций ядерного синтеза; при этом каждую секунду 600 млн тонн водорода превращаются в 596 млн тонн гелия. Недостающие 4 млн тонн выделяются в форме излучения свободной энергии. Большая потеря солнечной массы в секунду может на первый взгляд показаться тревожной, но при размерах Солнца за 4,6 млрд лет с начала образования нашей планетной системы это привело к потере всего одной тысячной его массы. Если же наш космический обогреватель выключится, то в течение одного дня глобальная температура на Земле снизится до 0 °C, в течение 10 дней до –70 °C, а через год мы начнем мерзнуть при температуре –269 °C, то есть при температуре, близкой к абсолютному нулю (–273,15 °C). Можно себе представить, что было бы, имей Солнце на 50 % большую массу. Тогда наша Земля с самого начала находилась бы в среде с намного более высокой температурой. Кроме того, более высокая скорость синтеза гелия из водорода привела бы к тому, что у Солнца оказалась бы существенно короче продолжительность жизни. Солнце горело бы ярче, как свеча на ветру, но запасы водорода истощились бы уже через 2 млрд лет, и эволюция жизни на Земле – если бы жизнь вообще возникла – остановилась бы на полпути.

Наши древние предки, очевидно, интуитивно сознавали значение Солнца, о чем говорит большое число солнечных божеств в разных культурах и религиях мира. Есть веские основания немного зорче присмотреться с наших современных позиций к этому космическому обогревателю и его физике, поскольку Солнце играет основополагающую роль как в возникновении и эволюции жизни, так и в непосредственном поддержании нашего нынешнего благополучия. Здесь необходимо понимать, что Солнце излучает частицы разных типов. Для начала надо различать солнечное излучение и солнечный ветер, излучение частиц. Солнечное излучение – это часть электромагнитного спектра Солнца, возникающая за счет излучения тепла с раскаленной поверхности нашего светила. Солнечное излучение обладает наибольшей интенсивностью в области видимого света (солнечного света), но содержит также частично рентгеновское и инфракрасное излучение. В зависимости от длин волн солнечное излучение в большей или меньшей степени поглощается