История науки показывает, что возникновение новых отраслей естествознания очень часто определяется появлением новых технических возможностей - новых приборов, и связанных с их применением новых методов исследования. Ученые сплошь, и рядом заимствуют новую технику из смежных научных дисциплин. К числу наук, возникших таким путем, принадлежит и только, что зародившаяся термобиология.

     Кардинальная задача биологии - исследование жизнедеятельности организмов, то есть комплекса все тех же физических, и химических процессов, однако неизмеримо более сложного и более координированного, чем любое сочетание такого же рода явлений в неживой природе.

     Чем быстрее, чем интенсивнее протекают в организме жизненные процессы, тем больше тепла в единицу времени выделяет организм. Микрокалориметры Тиана - Кальве с их способностью улавливать тончайшие колебания ничтожных количеств выделяющегося тепла, и наглядно отображать эти колебания на равномерно развертывающейся ленте градуированной бумаги дают биологу возможность шаг за шагом, минута за минутой следить за состоянием организма. По кривой тепловыделения можно составить суждение о происходящих в организме энергетических сдвигах. Правда, эти кривые дают лишь общее, суммарное, как бы обезличенное представление об интенсивности процессов жизнедеятельности.

     По этим кривым нельзя узнать, за счет, каких именно процессов возрос или, наоборот, снизился уровень тепловыделения. Несмотря на эту «обезличку», показания микрокалориметра позволяют установить различия в уровне тепловыделения у животных, растений, микроорганизмов или выяснить то влияние, которое оказывают на тепловыделение самые разнообразные факторы - как внутренние (возраст, стадия развития), так и внешние (температура, влажность, недостаток кислорода, воздействие на организм антибиотиками, анестезирующими или отравляющими веществами, и т. и.).

     В ходе микро калориметрических исследований биологам и в первую очередь профессору Марсельского университета Прату пришлось - да, и сейчас приходится - преодолевать немало технических трудностей, главная из которых заключается в слишком маленькой емкости калориметрических камер, Диаметр современных микрокалориметров не превышает 18 миллиметров. Конструкция микрокалориметра с камерами значительно большего объема уже разработана, но выполнение этого проекта осложняется значительной дороговизной прибора. Но и при работе с маленькими камерами за 25 лет работы Прату удалось охватить своими исследованиями все основные группы живых организмов - от простейших, и беспозвоночных до мелких позвоночных.

     Весь этот материал, до крайности разнообразный в систематическом отношении, а, следовательно, и чрезвычайно пестрый по своим физиологическим проявлениям, дал Прату возможность сделать большое количество новых, оригинальных, и ценных наблюдений.

     Жизнедеятельность растений очень сложна, интенсивна, напряженна, по она все же проще физиологии животных - прежде всего в том отношении, что у растений отсутствует, по крайней мере в морфологическом смысле, нервная система. Чужда растениям и свойственная животным подвижность, обусловленная мышечными сокращениями. Жизнь растительного организма течет более плавно, более спокойно, и эта особенность растения накладывает свой отпечаток на их кривые тепловыделения - термограммы. Термограммы растений однообразны, колебания потока тепла медленны, и постепенны.

     Однако, и в жизни растения. есть момент, когда кривая тепловыделения дает резкий скачок вверх. В самом начале развития растения, когда семя перед прорастанием набухает, вбирая в себя воду, его тепловыделение очень быстро возрастает, а затем так же круто падает. Дело здесь в том, что набухание сухого семени - это процесс, включающий в себя ряд сложных явлений физико-химического порядка (адсорбция, заполнение водой субмикроскопических капиллярных пространств и т. и.) - явлений, сопровождающихся выделением тепла. В данном случае тепловыделение ни в коей мере не связано с жизнедеятельностью, и в этом убедиться нетрудно. Для этого достаточно поместить в микрокалориметрическую камеру мертвые, неспособные к прорастанию семена. При увлажнении они на кривой тепловыделения дадут совершенно такой же пик, как и семена живые. Но на этом выделение мертвыми семенами потока тепла прекращается, тогда, как живые семена после кратковременного перепада - так называемого «мертвого периода» - снова начинают выделять тепло. Вот теперь это уже не физико-химический, а физиологический термогенез. Его источником в первую очередь являются происходящие внутри семени ферментативные процессы.

     Яркое представление о том, насколько кривые тепловыделения животных отличаются от ровных, плавных термограмм растений, дают различные термограммы насекомых. Волнообразные выступы, зазубрины, извилины, изгибы, зубцы, то правильно чередующиеся, то единичные. Вся эта картина отображает сложную, бурную, богатую оттенками жизнедеятельность организма насекомого. Добавим к этому, что если у растений кривые тепловыделения изменяются в чрезвычайно медленном темпе, то у животных, в частности у насекомых, колебания термогенеза - это вопрос уже не часов, а минут.

     Чем же объясняется тот причудливый узор, в который выливаются термограммы животных? Самая главная причина заключается в том, что животным свойственны периоды сильного, и продолжительного двигательного возбуждения, которые отделены друг от друга фазами покоя. Насекомое бьется, трепещет крыльями - и на термограмме возникают зубцы, и пики. Оно затихает - и кривая тепловыделения приобретает более плавный рисунок.

     Впрочем, причины таких колебаний не сводятся только к одной мышечной работе. На форму термограмм могут оказывать влияние, и другие факторы изменения общего обмена, дыхание, пищеварение, уровень активности нервной системы, секреторные явления, циркуляция жидкостей по сосудам и многие другие функции, осуществляемые организмом животного.

     Пшеница, насекомое, лягушка, мышь - все это организмы, стоящие на высоких ступенях эволюционного развития. Прат много занимался не только высокоорганизованными существами, но изучал и термогенез простейших.

     В частности, Прат широко пользовался культурами некоторых бактерий.

     В одном миллилитре культуры кишечной палочки содержится 300 миллионов бактериальных клеток. В процессе деления, при 26°, их суммарный термогенез составляет, как показал Прат, 0,15 калории в час. Следовательно, одна клетка выделяет в час 5 - 10 - 10 калорий. Итак, тепловыделение одной бактериальной клетки исчисляется десятимиллиардными долями калории.

     Но количество тепла, выделяемого одним животным объектом, его абсолютный термогенез еще не дают ясного представления о присущей организму интенсивности тепловыделения, так, как количество выделяемого тепла здесь в очень большой степени зависит от массы объекта. Ведь вполне естественно, что человек или собака, состоящие из многих миллиардов клеток, выделяют больше тепла, чем одна клетка, взятая в отдельности.

     С этой точки зрения гораздо больший интерес представляет так называемый относительный термогенез, то есть термогенез, отнесенный к одному грамму вещества и выраженный в кал/час/г.

     Мы только, что говорили о том, как исчезающе мал термогенез одной бактериальной клетки. Но если пересчитать эту величину на 1 грамм массы живых бактерий, то окажется, что кишечная палочка может дать 400 кал/час/г тепла. Благодаря этому бактерии, помещавшиеся на низшей ступени шкалы абсолютного термогенеза, оказываются на самой вершине термогенеза относительного. Объясняется это тем, что тепловыделение живых существ тем выше, чем мельче их размеры, чем больше их суммарная поверхность. Поверхность бактериальных клеток относительно их массы огромна, и с этим связано их первенствующее положение на шкале относительного термогенеза.

     А человек? Оказывается, его относительный термогенез в 400 раз меньше, чем у бактерий, и приближается к термогенезу улитки!

     Еще большие сюрпризы ожидают нас, если мы захотим сравнить тепловыделение живых существ с тепловыделением машин. Расчет показывает, что человек - мы только, что сравнивали его с улиткой - на бегу выделяет такое же относительное количество тепла, как большой океанский пароход. Крошечная, хорошо всем известная плодовая мушка дрозофила в полете приближается по уровню тепловыделения к автомобилю на полной скорости, а бактерия - к реактивному самолету!

     Но к еще более удивительным выводам пришел Прат, сравнив свои микрокалори93

     метрические измерения с измерениями астрономов. Солнце, говорят они, излучает в час 4*10-9 калорий (это его абсолютный термогенез). А масса Солнца составляет приблизительно 2 1033 г. Отсюда относительное тепловыделение Солнца равно 2 104 кал/час/г. Эта величина значительно меньше, чем тепловыделение живого существа, находящегося в жизнедеятельном состоянии. Не странно ли, что 1 грамм солнечной материи излучает в 10 000 раз меньше тепла, чем 1 грамм человеческого тела, и в 4 000 000 раз меньше, чем 1 грамм бактерий? Разве это не чудовищный парадокс? Но, утверждает Прат, если мы представим себе массу Солнца и его поверхность, и вспомним о том, какое влияние оказывает на тепловыделение отношение массы к поверхности, то этот неожиданный вывод покажется уже менее парадоксальным. А как обстоит дело с тепловыделением Земли? Масса ее равна 6 1027 г. Энергия, которую она получает от Солнца и которую тотчас же излучает, составляет 4 - 10 20 кал/час, то есть 6 - 6 - 10-8 кал/час/г. На шкале относительного термогенеза Земля занимает самое низкое положение. Любое из живых существ, порожденных нашей планетой, и питаемых ею, выделяет в миллионы раз больше тепла, чем она сама. Все это заставляет задуматься над тем, какие огромные энергетические возможности заключены в живой материи и, как мощны осуществляемые ею синтезы. Этот вопрос входит в круг увлекательных проблем, которыми занимается теперь, и термобиология - наука, изучающая тепловыделение живых организмов, как суммарную характеристику процессов жизнедеятельности и исследующая связь тепловыделения с температурой - тем фундаментальным фактором окружающей среды, который оказывает, быть может, наибольшее влияние на поведение живых существ.

№6, 1971