Как взорвать мышь и заморозить слона: особенности клеточного метаболизма
Научная фантастика очень любит экспериментировать с увеличением и уменьшением живых организмов. Увы, в реальности превращение доктора Генри Пима в кроху размером с муравья имело бы весьма печальные последствия. Канал Kurzgesagt наглядно объяснил то, почему изменение анатомии станет для разных существ летальным: стоит сжать слона до размеров мыши — и он замерзнет; но стоит увеличить мышь до размеров слона — и она... взорвется.
Как известно, наши тела состоят из клеток. Будь то землеройка или голубой кит — клетки у живого организма всегда будут примерно одинакового размера. Однако это не значит, что они работают по одинаковой программе. Клетки полны митохондриями, небольшими «двигателями», обеспечивающими клеточную активность. Во время активного метаболизма митохондрии сильно нагреваются (в клетках кожи температура достигает 50оС), а потому чем больше у вас митохондрий, тем больше тепла выделяет организм.
По мере увеличения размера объем животного увеличивается быстрее, чем площадь поверхности кожи. Кожа является единственным способом высвобождения тепла из организма, а потому более крупные животные подвергаются значительно более высокому риску перегрева, чем мелкие. Между тем, мелкие животные имеют низкую массу тела и высокую площадь поверхности, поэтому их телам приходится бороться с излишней потерей тепла через кожу.
Природа решила эту проблему деликатно. У маленьких животных, таких как мыши, митохондрии намного более активны, а потому вырабатывают энергию и тепло на порядок интенсивнее. Поэтому у грызунов всегда учащенные сердцебиение и частота дыхания. Для крупных существ, таких как слоны, ситуация ровно противоположная. Таким образом, даже если забыть про изменение размеров и просто заставить митохондрии слона внезапно начали функционировать со скоростью мышиных — слон бы взорвался, несмотря на огромную площадь кожи.