Куда может завести вегетарианство?

«Полторы десятины и корова», — этот традиционный идеал фермера, живущего в единении с природой, представляется во многих отношениях явно завышенным. Получать молоко и мясо от животных, питающихся растительным кормом, — это далеко не самый эффективный способ использования солнечной энергии. Дедал вспоминает, что существуют организмы (ленточные черви, гидры, лишайники), которые способны к симбиозу с определенными видами зеленых водорослей, живущих внутри организма-хозяина. За уютное жилье «постояльцы» расплачиваются глюкозой и другими питательными веществами, которые они вырабатывают в процессе фотосинтеза, а организм-хозяин не в состоянии производить самостоятельно. Дедал указывает, что подобное взаимовыгодное сосуществование было бы идеальным для человека, организм которого получает энергию за счет окисления глюкозы до воды и углекислого газа, в то время как растения используют эти самые продукты для фотосинтеза глюкозы. Растения также утилизируют азот, содержащийся в биологических отходах организма.

Вначале Дедал придумал особую шляпу-оранжерею, из которой через шланг поступает воздух для дыхания. Кресс-салат, выращиваемый в этой «оранжерее», используется в пищу. Можно было бы также заселить кишечник микрофлорой, способной синтезировать питательные вещества, и подводить туда солнечный свет посредством гибких оптических волокон. Однако эти простые проекты не обеспечивают полностью автономного существования, поскольку они явно не обеспечат достаточного количества солнечной энергии. Кроме того, сохраняются все потери, связанные с естественным малоэффективным способом питания. Поэтому Дедал решил приспособить аппарат «искусственная почка» для того, чтобы прокачивать плазму крови через культуру водорослей, удаляя таким образом из крови углекислый газ и воду и насыщая ее глюкозой и кислородом. При этом иммунные системы двух организмов изолированы друг от друга, так что подобный симбиоз не вызовет нежелательных последствий. По расчетам Дедала, потребность человека в пище и кислороде сможет полностью удовлетворяться с поверхности площадью в 1 м², содержащей 1 кг водорослей, — это вам, конечно, не «полторы десятины и корова». Одним ударом полностью разрешаются все проблемы питания и загрязнения окружающей среды в мировом масштабе! Человек, подключенный к небольшому аппарату, выставленному на солнце, будет представлять собой замкнутую экосистему и тем самым полностью избавится от необходимости дышать и принимать пищу (хотя, конечно, может время от времени позволять себе эти удовольствия). По ночам придется, правда, дышать: в темноте фотосинтез прекращается, и хотя глюкозу нетрудно запасти впрок, для создания ночного запаса кислорода потребовался бы большой и неуклюжий резервуар.

Казалось бы, с энергетической точки зрения этот проект выглядит вполне реальным, однако его осуществление сопряжено с некоторыми неудобствами: например необходимостью быть постоянно подключенным к ящику с водорослями. Поэтому Дедал не может остановиться на достигнутом. Он мечтает о подлинном симбиозе, подобном симбиозу ленточных червей с зелеными водорослями. Биохимики фирмы КОШМАР ведут изучение этих оранизмов, пытаясь понять, почему их защитные иммунные системы не вступают в конфликт между собой. Один из возможных ответов заключается в том, что клеточные оболочки водорослей пропускают только небольшие молекулы — такие, как молекулы глюкозы и углекислого газа; эти молекулы, будучи, так сказать, разменной монетой биохимии, не провоцируют защитной реакции организма. Специальная группа исследователей подвергает добровольцев действию ионизирующего излучения и лекарств, подавляющих иммунитет, пытаясь поселить соответствующие культуры прямо на поверхности кожи. Дело в том, что кожа, по крайней мере ее самый верхний слой, состоит в основном из мертвых клеток, постоянно заменяемых свежей тканью. Поэтому культура водорослей на поверхности кожи не причинит человеку вреда, а ее прорастание вглубь будет невозможным из-за постоянного обновления кожных клеток. В любом случае из-за отсутствия солнечного света водоросли не смогут расти глубоко под кожей. А вырабатываемая ими глюкоза с легкостью будет проникать в кровеносные капилляры.

Таким образом, Дедал изобрел «зеленого человечка», о котором столько писали фантасты. Подобно своим фантастическим собратьям, он не нуждается в пище и воздухе, однако его непривычный облик делает его социально чуждым нам элементом. Чтобы избежать столь необычного облика, вместо зеленых водорослей можно использовать бурые: у содержавшегося в них фукоксантина процесс фотосинтеза протекает не менее активно, чем у зеленого хлорофилла, но на коже слой таких водорослей будет выглядеть как густой загар. Однако, чтобы «фотосинтетический человек» был полностью автономным, необходимо использовать все полтора квадратных метра поверхности тела. Но сегодня это вряд ли представляет проблему — ведь благодаря современному кинематографу нагота стала вполне привычным явлением, во всяком случае на экране. Дедал, впрочем, рассчитывает придумать «матовую» полупрозрачную одежду, которая обеспечила бы соблюдение приличий и сохранение тепла, но в то же время хорошо пропускала солнечный свет. Такая одежда могла бы даже повысить эффективность фотосинтеза за счет парникового эффекта, делая возможным существование «фотосинтетического человека» даже в условиях английского климата. В любом случае потребность человека в воздухе и пище будет если и не устранена полностью, то по крайней мере значительно снижена[29].

New Scientist, September 17, 24, 1970

Специальная шляпа-оранжерея, из которой через шланг воздух поступает для дыхания.

Взрослый человек расходует за день в среднем 3000 ккал (Е = 12 МДж). Если вся эта энергия должна получаться за счет фотосинтеза, идущего в светлое время суток (допустим, в течение t = 10 ч = 36000 с), то необходимая мощность составит Р = E/t = 330 Вт. К сожалению, кпд процесса фотосинтеза даже у хлореллы не превышает 8%, так что для получения такой полезной мощности понадобится получать от Солнца мощность Р = 330/0,08 = 4,2 кВт. Учитывая, что даже при ярком солнечном свете на 1 м² освещенной поверхности приходится примерно 1 кВт мощности, «фотосинтетическому человеку» нужно иметь поверхность не меньше 4 м², т. е. существенно больше, чем 1,5 м², составляющих площадь поверхности нашей кожи.

Однако дело, быть может, обстоит не так уж безнадежно. Судя по всему, по крайней мере три четверти энергии, поступающей в организм человека с пищей, превращаются в тепло. А те 92% солнечной энергии, которые не используются в фотосинтезе, пойдут в основном на нагревание культуры водоросли, и выделившееся тепло будет в значительной мере передаваться крови за счет прямого теплообмена. Поэтому есть шанс, что — вся потребность в тепловой энергии будет удовлетворяться за счет «тепловых отходов», так что через фотосинтез понадобится получать лишь оставшуюся четверть от общей потребности в энергии. Для этого хватит и 1 м² поверхности, хотя на практике, по-видимому, обеспечить полную автономность «фотосинтетического человека» не удастся. На 1 м² культуры приходится примерно 1 кг водоросли. Это не слишком большая тяжесть для «зеленого человечка», если равномерно распределить ее по всей поверхности его тела.

И все же следует признать, что устройство наружного «парника» является более реалистическим подходом. Обмен веществ между водорослями и кровью будет осуществляться через полупроницаемую мембрану, пропускающую только простые молекулы: углекислоту, глюкозу, мочевину и т. п. В проблеме же создания «зеленого человечка» остается много неясного. Стоит еще внимательно присмотреться к симбиозу ленточных червей. Откуда в них берутся водоросли? Как эти водоросли размножаются и что происходит с отмирающими клетками водорослей? Какими веществами обмениваются особи, участвующие в симбиозе? Кто-то должен все это знать…

Примечания:

2

Интересно, что появление газовых включений в твердом теле подсказано природой. Газовые включения (окклюзии) часто наблюдаются в кварце или янтаре (см. [1]). — Прим. ред.

29

Важность проблемы, поднятой Дедалом, несомненна. В настоящее время ведутся широкие исследования фотосинтезирующих животных (простейшие жгутиковые — хламидомонада) и животных, живущих в симбиозе с фотосинтезирующими водорослями (ленточные черви). — Прим. ред.