9

Мастерство антилопы

Человек полагает предел тьме и тщательно разыскивает камень во мраке и тени смертной.

Иов. 28: 3

Наш мир полон бесчисленных мифических антилоп, за которыми можно гоняться вечно и никогда не поймать. Тем не менее даже те быстроногие создания из крови, плоти, костей, внутренностей и шкуры, которые кажутся неуловимыми, – смертны. Одно такое легендарное животное, как будто зависшее между нашим материальным миром и эфемерным ирреальным, – это вилорогая антилопа (Antilocapra americana) американских равнин. Скорость ее бега составляет почти 100 км/ч – чуть ли не вдвое больше, чем у скаковой лошади, и такую скорость антилопа поддерживает не только в коротком спринте. Доказано, что она может пробежать 7 миль (примерно 11,2 км) за 10 минут. Индейское племя хопи верило, что антилопа является посланницей духов и способна к чудодейственному исцелению. В одном из последних номеров журнала Nature вилорог был объявлен лучшим бегуном на длинные дистанции в живой природе. Это млекопитающее, но и мы тоже млекопитающие вплоть до мельчайших деталей нашей анатомии и биохимии. Что же такого есть у вилорогой антилопы, чего нет у нас, и как она стала таким превосходным бегуном?

Больше четырех миллионов лет вилорог сосуществует с хищниками на открытых равнинах Северной Америки. Он развивался в условиях открытой любому взгляду среды обитания и выжил, не прячась от хищников, а обгоняя их. В свою очередь, хищники – прежде всего саблезубые тигры, волки, гепарды, гигантские короткомордые медведи, ужасные волки, красные волки и гиены – должны были иметь примерно такие же беговые характеристики. В «гонке вооружений» за скорость и выносливость, которая длилась миллионы лет, самых медленных антилоп обычно съедали. Слабости выявлялись и изымались из генофонда. Джон А. Байерс из Университета Айдахо отмечает, что в настоящее время «вилороги слишком быстрые для любого современного хищника» и их стремительность – «призрак» предшествующего давления отбора, которое значительно ослабло примерно 10 тысяч лет назад после вымирания североамериканской фауны в позднем плейстоцене, примерно в то же время, когда люди пришли в Америку из Азии через Берингов перешеек.

Ключ к уникальным способностям вилорогой антилопы – необычайно высокая энергетическая производительность (тот самый упомянутый ранее VO₂max). Уровень потребления кислорода задает уровень переносимой физической нагрузки. VO₂max, или максимальная аэробная работоспособность, экспериментально устанавливается постепенным увеличением нагрузки на животное (например, его заставляют бегать по беговой дорожке на все большей скорости или при все большем уклоне) до тех пор, пока скорость поглощения кислорода не достигнет своего предела. Затем можно еще больше увеличить нагрузку, но только на несколько секунд, используя накопление в крови молочной кислоты. Спринтеры, бегущие на максимальной скорости, быстрое накопление молочной кислоты субъективно ощущают как «отмирание», когда мышцы словно коченеют. Дополнительный кислород, который после нагрузки нужен для окисления молочной кислоты, образовавшейся во время упражнения, называется кислородным долгом. Увеличившаяся скорость при беге в течение нескольких секунд сверх достижения VO₂max всегда потом обходится дорого. Ускоряться имеет смысл только в том случае, если преследование длится сравнительно недолго и приносит результаты.

Вилорогая антилопа

В исследовании Стэна Линдштедта и его коллег вилороги бежали галопом по беговой дорожке со скоростью 10 м/с в полиэтиленовых масках, собирающих воздух, для измерения аэробного потребления. Затем наклон беговой дорожки был увеличен на 11 %, и у антилоп был зарегистрирован впечатляющий VO₂max в 300 мл кислорода на килограмм массы тела в минуту. Это лишь наполовину меньше, чем у волнистого попугайчика, и вчетверо меньше, чем у бражника в полете, но это впечатляет, если сравнить с такими первоклассными бегунами на длинные дистанции, как олимпиец Фрэнк Шортер: около 71 миллилитра на килограмм в минуту. Помимо забора проб воздуха из маски в течение трех-четырех минут бега на VO₂max у антилоп брали кровь, чтобы исследовать содержание газов и молочной кислоты, и убеждались, что животные действительно бежали на уровне VO₂max, а не выше.

Сравнения относительного максимального потребления кислорода у животных должны проводиться с учетом массы тела. Маленькие животные, как правило, имеют гораздо более высокие показатели на единицу массы тела, чем мотыльки, птицы и человек. Но с учетом влияния массы тела максимальная аэробная способность антилоп была примерно в три раза больше, чем предполагается при их массе тела, составляющей примерно 32 кг. Это отклонение называется адаптивным отклонением, и его величина (300 %) по сравнению с прогнозируемой VO₂max антилопы указывает на то, что эти животные действительно обладают уникальным атлетическим мастерством, связанным с их специальным аэробным метаболизмом (атлетическое мастерство спринтера противоположно антилопьему: оно заключается в анаэробном беге, то есть способности бежать без поглощения кислорода и способности накапливать огромный кислородный долг, а не избегать его).

Что антилопа получает от своего необычайно высокого VO₂max? То же самое, что и человеческие атлеты. Высокое максимальное потребление кислорода становится потенциалом для высокой устойчивой скорости бега. При заданной скорости, однако, потребление антилопами кислорода аналогично другим видам. Поэтому скорость передвижения антилоп не может быть объяснена более низкими энергозатратами при передвижении (то есть большей эффективностью), и, таким образом, их VO₂max напрямую соответствует аэробным беговым показателям.

Это вызывает вопрос: какие уникальные особенности обусловливают величину VO₂max антилопы, необходимую для поддержания высокой долгосрочной скорости бега? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи сравнили их с аналогичным по размеру жвачным млекопитающим – козой. Козы не являются ни спринтерами, ни бегунами на длинные дистанции. Зато они легко забираются в горы и избегают хищников, не обгоняя их, а обитая в недоступных горных ущельях. Будучи в безопасности на уступах, они не нуждаются в беге, так что их аэробная способность составляет одну пятую от антилопы.

Во всех аспектах строения организма, связанных с физиологией и уровнем потребления кислорода, антилопы превосходят коз. У них более массивные трахеи, в три раза больше объем легких, бо́льшая способность к диффузии газа через легочную ткань, увеличенное сердце, больший сердечный выброс, большее количество гемоглобина в крови, бо́льшая мышечная масса и большее количество митохондрий и, следовательно, больше окислительных ферментов в мышцах. Они также регулируют температуру мышц, поддерживая ее на 2,6 °C выше, чем козы. Если вспомнить скорость передвижения жуков в зависимости от температуры тела, то только такая разница температур должна привести к увеличению метаболизма на 35 %. Короче говоря, превосходные беговые качества антилоп по сравнению с козами не зависят ни от какого секретного механизма. Никакого волшебства. Просто антилопы обладают этой уникальной способностью за счет того, что у них улучшен специфический набор многих обычных свойств млекопитающих. Никаких фокусов. Ни одна адаптация сама по себе ничего не меняет. Вилороги просто превосходят других во всем, что влияет на скорость движения. Как и предполагалось. Нет смысла иметь какое-либо одно звено в системе с дополнительными возможностями по сравнению с любым другим. Нет смысла, например, в системе подачи кислорода в мышцы, которая значительно превышает возможности этих мышц по использованию кислорода. Кроме того, антилопа – это нечто большее, чем просто сумма ее характерных черт, и никакое препарирование никогда не отделит от нее величайшие ее атрибуты: задор и удовольствие от бега. Как отозвался Гэри Тербак в своем теплом рассказе об этом великолепном существе:

История полна рассказов о том, как антилопы якобы просто так вступали в гонку с лошадьми, машинами, поездами и т. д. Не является ли преувеличением мысль о том, что, когда в воздухе прерии – прохлада и свежесть, вилорогая антилопа не поднимается со своего ложа, не вытягивается и не бежит во всю прыть по влажной утренней траве… только потому, что ей от этого хорошо? Почему бы вилорогу в расцвете лет не желать, чтобы ветер свистел у него в ушах, когда он летит со скоростью 50 или 60 миль в час? Не желать слышать ритмичный стук копыт по земле прерии? Не раздуваться звериной гордостью оттого, что ты лучше всех? Биологи могут насмехаться над этим, но это точно случается на рассветах. Должно случаться.

Большинство биологов вовсе не стали бы смеяться над этой цитатой. Игра жизненно важна для многих животных. Она в высшей степени практична и совершается для удовольствия. Удовольствие – непосредственный механизм для достижения многих конечных выгод.

Джон А. Байерс, подробно изучавший игру, обнаружил, что у детенышей антилоп-вилорогов и других копытных, которым скорость необходима для выживания, игра заключается в быстром беге, способном перемежаться поворотами и прыжками.

Юный вилорог во время игры

Долгое время оспаривалась точка зрения, что такие непомерные и даже, казалось бы, бесполезные затраты энергии имели какую-то ценность для выживания. Все же Байерс обнаружил, что те детеныши вилорога, которые играли больше, имели и больше шансов выжить в первый месяц жизни. Точно так же главная игра хищников – это, как и у нас с вами, симуляция хищного поведения, что в конечном счете делает их лучшими хищниками. Мы – единственные в мире охотники, которые добровольно охотятся, даже если не нуждаются в мясе. Мы можем охотиться, используя не самое эффективное оружие, например старые ружья и даже луки и стрелы, хотя вместо этого могли бы пользоваться мощными винтовками с оптическими прицелами. Для нас охота не всегда (в настоящее время) является необходимостью. Это тоже игра.

Если впечатляюще высокая работоспособность антилоп связана с их эволюционной адаптацией, почему ее нет у коз или у нас? Почему коза не может и карабкаться по скалам, и мчаться, как антилопа? Ответ эволюционных биологов на этот вопрос обычно сводится к тому, что у всего есть свои издержки. Одна из потенциальных издержек высокого VO₂max может заключаться в том, что это приводит к повышенной скорости базального метаболизма. Чем больше мышечная масса, заполненная митохондриями, тем больше будет потрачено энергии в долгосрочной перспективе (как в автомобиле с восьмицилиндровым двигателем, который лучше не глушить и позволить ему работать на холостых, в отличие от четырехцилиндрового мотора). Однако козы неразборчивы и непривередливы в еде, а антилопы в состоянии покоя потребляют меньше пищи, чем козы такого же размера.

Есть и другая правдоподобная гипотеза о том, какую цену антилопы платят за свою аэробную способность, которая частично достигается за счет высокого процента метаболически активных мышц при небольшой массе метаболически инертного жира. Она заключается в том, что это соотношение делает их очень уязвимыми к нехватке пищи. Как и люди-марафонцы, антилопы должны быть – и так и есть – очень поджарыми, а недостаток или нехватка энергетических ресурсов у антилоп иногда может иметь серьезные последствия. В холодные и снежные периоды они уязвимы, когда затраты энергии на производство тепла растут, а пищи может и не хватать.

В суровую зиму 1984 года тысячи антилоп умерли в Вайоминге. Зимой 1985/86 года в Южной Дакоте 80 % из 50 тысяч антилоп, живущих в стране, погибли от холода, сильного снегопада и ветра. И из-за оград. Животным было никуда не деться от погодных условий, мигрировать на другое место было невозможно, и они стадами умирали, сгрудившись у заборов. У них отличные способности к прыжкам, но умение прыгать вертикально вверх, как лесные олени, так и не развилось. Это пустяковая задача для организма антилопы, но ее интеллект не достигает такого высокого уровня. Мозг ведет, тело следует. Антилопа-вилорог не может вообразить прыжок через забор.

На эту тему нет исследований, но я подозреваю, что антилопы могут быть куда уязвимее, чем кажется, в том числе в марафонах на выносливость по той же главной причине, по которой они уязвимы перед холодом и снегом. Вилороги снижают массу тела не только за счет небольшого количества жира, но и за счет очень маленького желудка – примерно в два раза меньше, чем у аналогичных им медленных пастбищных животных. Приходится идти на компромисс с выносливостью, так как для долгого быстрого бега им нужен частый докорм, причем едой, дающей много энергии. Придирчивые едоки, вилороги предпочитают широколистные растения, которые, как правило, лучше всего растут там, где стада бизонов выедают траву.

Несмотря на то что вилорогие антилопы в силу своей исключительно высокой аэробной способности были признаны лучшими и самыми выносливыми атлетами среди млекопитающих, никто еще не подвергал серьезному научному испытанию их спортивные качества. Кроме по крайней мере двух бегунов. Это Дейв Кэрриер, который занимается биомеханикой движения на биологическом факультете Университета штата Юта, и его брат Скотт Кэрриер. Они слышали рассказы о том, как давным-давно охотники из племен навахо и пайютов загоняли антилоп до изнеможения. Братья, работая в команде, пытались сделать то же самое, но Дейв сказал мне: «Мы потерпели неудачу». Группа антилоп, за которой они гнались, рванула с холма и «использовала местность, чтобы скрыться от нас». Братья последовали за ней, а когда поднялись на холм, то увидели, как их антилопы присоединились к стаду. Смешавшись с еще не уставшими антилопами, животные, по сути, воспользовались этим, чтобы обогнать своих преследователей. Будучи частью стада, антилопа использует сородичей в качестве щита. Тогда ей уже не нужно обгонять хищника – нужно лишь опередить самого медленного члена своей группы. Спасение в стаде, по-видимому, действительно неплохо показало себя при уходе от волков в прошлом (люди появились в Америке сравнительно недавно и не оказали сильного селективного воздействия на бег антилоп). Я подозреваю, что справедливые результаты соревнования в беге между человеком и вилорогом можно получить, если местность будет открытой и незнакомой, а антилопа – покрашенной в флуоресцентный оранжевый цвет. Это могло бы стать новым и даже более интересным испытанием для людей, чем популярный в настоящее время забег по трассе в четверть мили в течение суток.

Я проконсультировался со своим другом фольклористом Барре Тоэлкеном из Университета штата Юта (он жил среди навахо в 1950-х годах и женился на девушке из племени). Я хотел выяснить, насколько фантастичны рассказы о добыче оленей и антилоп с помощью погони, практиковавшейся до появления винтовок.

«Я видел такое в пятидесятых, – написал он мне. – Но это все же скорее олени, а не вилороги. Мой приятель Желтый Человек (в 1950-х годах ему было 40 или 45 лет) догонял оленя по следу на полуоткрытой пустынной местности. Олень срывается и бежит, затем останавливается, прислушивается и снова пускается во всю прыть. Охотник, последовательно труся по оленьему следу, в конце концов утомляет животное. Затем, приблизившись к истощенному оленю, он заламывает его и закрывает рукой рот и нос животного, тем самым придушивая его. Предполагается, что в его руке должна быть священная кукурузная пыльца. Олень умирает, вдыхая священное вещество, а затем его шкуру можно использовать для ритуалов как неопороченную, поскольку животное, с которого ее сняли, не пронзили при убийстве. Я никогда не слышал, чтобы так делали пайюты, но я знаю о них очень мало. Лично я не знаком ни с кем, кто до сих пор это делает, но такие люди должны быть, потому что священные шкуры все еще нужны для церемоний и они у кого-то есть. Обычно Желтому Человеку нужен был целый день, чтобы загнать оленя».

Желтый Человек, в отличие от большинства других хищников, несомненно, не был обманут тактикой оленя, пытающегося избежать гонки. Большинство хищников очень избирательны и стараются преследовать только то, что они могут догнать быстро. Олени пользуются этим, пытаясь сразу получить преимущество в расстоянии или же размахивая своим белым хвостиком как флагом и демонстрируя, что они совершили первоначальный рывок и их скорость достаточно велика, чтобы их не преследовали.

Как я позже прочитал в «Бегущем индейце» (Indian Running) Питера Набокова (1981), многие индейские племена высоко ценили способность бегать на охоте и войне. Были распространены традиции прямой или косвенной пешей погони за животными. В Большом бассейне антилоп сначала преследовали пешком, загоняя в V-образные загоны-корали, а затем уже убивали. До того как омаха из центральных равнин одомашнили лошадей, у них были «бегуны за буйволами», которые всматривались в небо в поиске воронов, сигнализирующих о местонахождении стад бизонов, а затем бежали в лагерь, чтобы собрать охотников для нападения. Хопи ценили чернохвостых зайцев и преследовали их по свежим следам в снегу. Охотники племен пуэбло, юки, папагос и пимас преследовали оленей до изнеможения.

В наши дни иногда устраивают гонки людей с животными ради ставок. Есть одно такое ежегодное соревнование, которое объективно показывает скорость и выносливость человека по сравнению с другими беговыми животными – «Человек против лошади», которое проводится в валлийском городе Ллануртид-Уэллс. Это серьезное мероприятие. Его спонсирует William Hill, крупнейшая букмекерская компания в Великобритании, которая предлагает 21 тысячу фунтов стерлингов ($ 31,5 тысячи) в качестве приза первому бегуну, который обгонит лошадь. За двадцать лет никто еще не получил награды. Ни один бегун не обогнал лошадь, управляемую жокеем (а вот команды из четырех бегунов, бегущих посменно, побеждают часто).

Тем не менее результаты человека неплохие. В последнем забеге Марк Кроасдейл, британский спортсмен, пробежавший «Марафон морской пехоты» за 2 часа 23 минуты, финишировал через 80 секунд после лошади. Поскольку лучшие бегуны пробегали марафон за 2:06, вероятно, это только вопрос времени, пока кто-нибудь не победит лучшую лошадь на дальней дистанции, даже такой короткой, на четыре мили меньше марафонской.

В целом, хотя вилорогие антилопы и лошади – превосходные бегуны на средние дистанции (от 30 до 50 км), нет никаких доказательств того, что они способны на супермарафонские забеги. Антилопам и лошадям никогда не придется бежать полсотни километров, спасаясь от волков. По крайней мере на открытых местностях Йеллоустонского парка волки обычно догоняют лосей через 1,5 км или около того. Если же не догоняют, то прекращают погоню. По словам Дуга Смита, исследователя волков и директора проекта «Восстановление волков Йеллоустона», который постоянно наблюдает за волчьей охотой с небольших самолетов, волки редко пробегают больше трех с небольшим километров. Поэтому я подозреваю, что лоси или вилороги не смогут показать хороших результатов по сравнению с подготовленным человеком, который движим чувством достижения цели, например победы в гонке.

Скорость бессмысленна, если не задано расстояние. Это лучше всего показывает пример бегунов различных специализаций. Я представил мировые рекорды скорости бега отдельно у мужчин и женщин в качестве функции в зависимости от расстояния – от 100 м до 200 км. Как и ожидалось, максимальная скорость мужчин (около 37 км/ч) резко снижается с увеличением дистанции – примерно в три раза на дистанции в три тысячи раз длиннее. Однако трехкратное снижение скорости движения не является равномерным на всем протяжении графика расстояний. Сначала скорость снижается равномерно, но затем резко падает примерно через километр, затем снова равномерно снижается, а затем снова резко падает после еще одной точки – приблизительно через 30 км. Я объяснил эти два переходных момента как отражение различных физиологических специализаций: первая – переход от анаэробного к аэробному метаболизму, а вторая – от углеводного к жировому. Когда я нарисовал ту же кривую для женщин, она была изломана в тех же местах, что говорит об идентичности физиологии в специализациях бега. Тем не менее на всех расстояниях, а особенно на дальних, рекордные скорости бега у женщин меньше, чем у мужчин. В мартовской статье 2000 года, опубликованной в Nature, подтверждены (или заново открыты) некоторые из тех же идей, которые были открыты пятнадцатью годами ранее на основе других данных.

Всего сорок лет назад почти не было соревнующихся женщин-бегунов. В настоящее время во многих видах спорта женщин столько же, сколько и мужчин. Бег – это не просто биологическое предопределение. Скорее это биологическая способность, которая в настоящее время в значительной степени является культурным феноменом. Оказывается, что женщины так же охотно бегают и соревнуются друг с другом, как и мужчины. Вместе с тем средние различия в мужских и женских показателях сегодня отчетливо видны по результатам почти любой гонки, и эти различия отражены (хотя и не обязательно) в результатах и исключительных показателях. Однако независимо от того, каковы эти результаты и средние показатели по группе населения, к которой мы принадлежим, ничто не указывает на то, каких результатов могут добиться отдельные люди. Данные о населении необходимы для формулирования теорий, которые часто воспринимаются как законы биологии. Но такие законы не диктуют. Они описывают. В конечном счете эмпирические характеристики индивидов создают тенденции, которые используются для формулирования теорий, а не наоборот. Каждый из нас уникален и может свободно взрастить свои собственные таланты или мечты.

Причина статистического преимущества мужчин неизвестна, хотя я подозреваю, что это может быть связано с усредненными пропорциями бедер, распределением веса и, возможно, с различиями в нормальной длине стоп. В любом случае мы все признаем разницу между полами, иначе не было бы деления и особых призов для мужчин и женщин. И вместе с тем такие спортсменки, как Джоан Бенуа Самуэльсон, Ута Пиппиг и Грете Вайтц побили даже рекорд Эмиля Затопека, установленный в 1952 году в Хельсинки на марафоне среди мужчин – 2:23. Мужчины также превзошли его – почти на 16 минут. Энн Трейсон выигрывает ультрамарафоны прямо сейчас.

С учетом физиологической разницы при беге на спринте, средней и большой дистанциях становится интересно, что произойдет, если самые быстрые бегуны на сверхдальние расстояния заставят антилопу или лошадь бежать 100 км? Может ли натренированный и мотивированный человек заставить животное исчерпать запасы топлива? До начала гонки и получения результатов я воздержусь от оценки мастерства вилорога как выносливого атлета по отношению к самым выносливым бегунам среди мужчин и женщин.

Антилопы со своим аналогом «фольксвагеновского» двигателя V-8 доказывают, что повышенная аэробная способность абсолютно необходима бегунам на средние дистанции, но я не буду бегать на средние дистанции. Я буду бежать ультрамарафон. Антилопы, как и все бегуны, идут на компромиссы в энергобалансе и пищеварении, чтобы достичь сочетания скорости и преодоления нужного расстояния. Эти компромиссы – трещины в их броне, которыми можно воспользоваться, чтобы победить их на супермарафонских дистанциях.