Мистер Томпкинс внутри самого себя. - Гамов Г.
ISBN 5-7029-0343-9
Скачать (прямая ссылка):
— Весьма значителен для понимания того, как работают мышцы. Если высоту прыжков мелких и крупных животных измерять не в длинах их тел, а в футах и дюймах2, то окажется, что все они могут поднять себя от уровня земли примерно на одну и ту же высоту — где-то между 6 дюймами и 2 футами. — Разумеется, бывают некоторые исключения, поскольку строение и длина ног у различных видов различна; слон вообще не может прыгать, а кенгуру прыгает в высоту на несколько футов.
— А в чем причина, профессор? — поинтересовался мистер Томпкинс.
— Прежде всего прошу вас не называть меня профессором. Все здесь, заслуженно или незаслуженно, зовут меня Сентом3.
Но вернемся к мышцам. Факт, о котором идет речь, может быть объяснен с помощью простого закона механики, впервые сформулированного сэром Исааком Ньютоном. Движение ваших конечностей обусловлено сокращением ваших мышц, прикрепленных к костям вашего скелета. Когда вы двигаете ногами во время ходьбы или совершая прыжок, поднимаете руку или движете пальцами, например, как вы это делаете, когда пишете письмо, мышцы сокращаются, и получается требуемое движение. Так как мышцы могут только тянуть, а не толкать, чтобы возвращать кости в исходное положение, нужна другая мышца. Поэтому мышцы обычно встречаются парами с противоположных сторон кости. Например, существуют две мышцы, соединяющие вашу плечевую кость и ваш локоть, они проходят вдоль плечевой кости с противоположных сторон. Одна мышца, известная под названием бицепса,
11 фут=0,3047 см.— Прим. перев.
2 Дюйм (Vl2 фута) составляет 2,54 см. — Прим. перев.
3Прототипом этого персонажа, явно послужил американский биохимик венгерского происхождения, автор фундаментальных работ по мышечному сокращению, лауреат нобелевской премии 1937 г. Альберт Сент-Дьердьи, с которым Г. А. Гамов был лично знаком, Сент (Szent) по-венгерски святой. — Прим. перев.
48
Мистер Томпкинс внутри самого себя
проходит вдоль передней стороны кости. Другая мышца, трицепс (иногда ее называют теннисной мышцей, поскольку она играет важную роль при отбивании мяча в теннисе), проходит вдоль задней стороны кости. Движение скелета вызывается сокращением одной из мышц и расслаблением другой.
— Но почему все живые существа, большие и малые, прыгают примерно на одну и ту же высоту? — продолжал вопрошать мистер Томпкинс.
— Очень простое объяснение этому дает ньютоновская механика, — ответил Сент. — Предположим, что перед вами два живых существа, обладающих сходным строением скелета, пусть одно из них, скажем блоха, а другое — лягушка. Блоха имеет в длину около Vio дюйма, а лягушка может достигать в длину примерно 3 дюймов. Иначе говоря, лягушка примерно в 30 раз длиннее, в 30 раз шире и в 30 раз выше блохи. Это означает, что вес лягушки примерно в 3*30*30 = 27000 раз превосходит вес блохи. При совершении прыжка мышцы лягушки и блохи сокращаются, выделяя энергию, которая необходима, чтобы поднять их на некоторую высоту над землей. Сколько энергии вырабатывают мышцы лягушки и блохи? Поперечное сечение мышц лягушки в 30 • 30 = 900 раз больше поперечного сечения мышц блохи, поэтому если сила тяги, создаваемая сокращением мышц и приходящаяся на единицу поперечного сечения, в обоих случаях одинакова, то сила тяги, создаваемая мышцами лягушки, оказывается в 900 раз больше, чем у блохи. Кроме того, так как мышцы лягушки в 30 раз длиннее мышц блохи, их сокращение также в 30 раз больше сокращения мышц блохи. Все это позволяет нам заключить, что энергия, получаемая при сокращении мышц лягушки в 30 • 900 = 27 000 раз больше энергии, получаемой при сокращении мышц блохи. Но, как я вам уже говорил, эта гораздо большая энергия должна поднять в воздух гораздо больший (в 27 000 раз!) вес. По законам ньютоновской механики высота, на которую может быть поднято данное тело над землей, прямо пропорциональна имеющейся энергии и обратно пропорциональна весу тела. Таким образом, отношение высоты прыжка для лягушки и блохи равно 2700%7000 = 1-Это означает, что лягушка и блоха должны прыгать одинаково высоко, если их мышцы вырабатывают одно и то же количество энергии на единицу поперечного сечения мышц за одно сокращение. Поскольку имеющиеся в нашем распоряжении факты указывают на то, что вывод, к которому мы пришли (по крайней мере приближенно), верен,
На пляже, или как работают мышцы
49
мы с необходимостью заключаем, что мышцы большинства живых существ, будь то блохи, лягушки, кенгуру или люди, обладают одинаковыми свойствами.
То, о чем я вам сейчас рассказал, верно не только для мышц. Как я писал в одной из своих статей: «Четыре десятилетия исследований не оставили у автора сомнений в том, что существует только одна жизнь и только одна живая материя, сколь бы различной ни была ее структура, сколь бы разнообразными ни были ее функции и сколь непохожими внешние проявления. Все мы лишь листья на кончиках ветвей одного и того же старого древа жизни. Даже если жизнь адаптируется к новым функциям и условиям, она снова и снова использует одни и те же старые принципы. Между травой и тем, кто ее косит, нет принципиального различия. Для движения мышцам косца необходимы те же самые два вещества, которые необходимы траве для роста: калий и фосфорная кислота. Именно эти два вещества мы вносим в почву нашей лужайки в качестве удобрения, иначе нам будет нечего косить, и это может служить яркой демонстрацией единства природа. Таким образом, в принципе безразлично, какой материал мы выберем, стремясь изучить, что такое жизнь, будь то трава или мышца, вирус или головной мозг. Если мы будем копать достаточно глубоко, то непременно достигнем центра — основных принципов, на которых зиждется жизнь и согласно которым она все еще продолжается».
