header
header
+7 (812) 903-48-84
Санкт-Петербург, пос. Репино,
Приморское шоссе, 422 б,

Питание и энергия

27.07.2015

Часть I. ПИТАНИЕ -ПРОЦЕСС БИОЛОГИЧЕСКИЙ

Глава 1

Казалось бы, обычное млекопитающее...

Питание и энергия

С наиболее общих позиций питание можно определить, как происходящую в пределах одного организма часть обмена веществ в экосистеме: это поступление в организм, переваривание, всасывание и усвоение им питательных веществ, а также удаление продуктов метаболизма и неиспользованных частиц пищи. Таким образом, экологию питания в наиболее общем виде можно рассматривать как анализ экосистем с точки зрения происходящего в них обмена веществом и энергией {Харрисон и др., 1979).

В экосистемах перенос вещества и энергии от первоначального источника (продуцентов-растений) происходит через рад организмов, каждый из которых поедает предыдущего (является потребителем-консументом) и служит пищей для последующего (вторичного, третичного и т. д. консумента). Завершают ряд редуценты (деструкторы), питающиеся мертвым органическим материалом и разлагающие его на простые органические и неорганические соединения. Таким образом формируются трофические цепи.

В природе такие простые цепи встречаются сравнительно редко. Большинство экосистем одновременно включает множество пищевых цепей, пересекающихся друг с другом и образующих сложные трофические сети. Однако и в пищевых цепях, и в сетях всегда можно выявить связанные друг с другом трофические уровни и вычислить количественные соотношения биомассы, вещества и энергии, приходящихся на каждое из звеньев. Эти количественные характеристики часто представляют в виде пирамид численности, биомассы или энергии.

Переход к следующему звену трофической цепи (или, что то же самое, уровню трофической пирамиды) сопровождается потерей энергии. Полезная продукция каждого трофического уровня составляет в среднем около 10% пришедшего количества вещества и энергии, то есть происходит резкое сужение этажей пирамиды.

Конечные размеры популяции ограничены ресурсами энергии. Однако человек способен применять различные стратегии утилизации наличной энергии, используя как свои биологические особенности, так и культурные, в том числе технологические достижения.

Биологические особенности человека (всеядность, малая экологическая и пищевая специализация) позволяют сократить длину трофической цепи и за счет этого достичь увеличения объема доступных пищевых продуктов (вспомним вегетарианство представителей некоторых каст Индии). Кроме того, человек может использовать одновременно несколько трофических цепей на одном уровне (этот вариант часто встречается в обществах земледельцев или кочевников-скотоводов).

Наконец, самый распространенный вариант питания человека в «традиционных» обществах основан на утилизации нескольких трофических цепей на разных уровнях. Наиболее яркий пример — питание морских зверобоев-эскимосов, использующих в пищу морских, околоводных и наземных позвоночных и беспозвоночных животных, а также самые разнообразные растения суши и морские водоросли.

Помимо этого, используя свои технологические достижения, человек способен повлиять на количество световой энергии, используемой для фотосинтеза растениями-продуцентами (например, применяя искусственное освещение). Путем направленной селекции домашних растений и животных человек может выводить более продуктивные сорта и породы (то есть повышать эффективность переноса энергии между звеньями пищевой цепи). И только человек научился применять в своих целях иные, помимо пищи, источники энергии (сжигание различных видов топлива, аккумуляция энергии солнца, ветра, воды и т.д.).

Итак, организм получает из окружающей среды вещество и энергию, которые расходует для обеспечения собственной жизнедеятельности: вегетативных функций и выполнения дополнительной работы.

Важнейшим компонентом энергетических трат человека (как и любого другого млекопитающего) является базальный метаболизм, или основной обмен. Он соответствует потерям энергии организма, находящегося при нейтральной температуре окружающей среды, в состоянии покоя (но не сна, как иногда ошибочно полагают), после завершения переваривания съеденной пищи. Базальный (основной) метаболизм обеспечивает минимально необходимый для поддержания жизни набор функций. Он складывается из процессов ассимиляции (анаболизма — биосинтеза сложных молекул из простых молекул-предшественников) и диссимиляции (катаболизма — расщепления органических молекул с одновременным выделением энергии). Уровень основного обмена зависит от возраста человека, пола, размеров тела, функционального состояния организма. Например, беременность и грудное кормление повышают уровень базального метаболизма, что неудивительно: фактически, речь в этих ситуациях идет уже о двух, хотя и чрезвычайно тесно связанных, существах — матери и ребенке.

С определенными допущениями можно принять, что для удовлетворения связанных с основным обменом энерготрат человек современного физического типа, относящийся к европеоидной расе и живущий в умеренном климатическом поясе, должен получать в сутки с пищей 1300—1700 ккал энергии (для женщин принимаются средние значения величины основного обмена, равные 0,90 ккал/мин, а для мужчин — 1,16 ккал/мин).

Многие исследователи полагают, что средние значения основного обмена различаются у обитателей разных климатоэкологических ниш. Уровни базального метаболизма у представителей наиболее «контрастных» групп (коренных жителей Арктики с «высоким», и обитателей тропиков с «низким» основным обменом) различаются на 15—20%. Причина этого, вероятно, во многом зависит от различий в составе традиционных диет. С этим следует разобраться немного подробнее.

Очевидно, что энерготраты возрастают при выполнении физической работы: например, при конторской работе за столом — в 1,3 раза по сравнению с уровнем базального метаболизма, при вождении трактора — в 2,1 раза, при армейской строевой подготовке — в 3,2, при перевозке рикшей пассажира — в 8,5 раза (Потребности..., 1987). В результате, с учетом необходимых энерготрат (базальный метаболизм + физическая работа), суточная потребность человека в энергии возрастает до 2800 —3000 ккал.

Менее очевидно, что энергетический обмен усиливается даже при таком, казалось бы, минимальном воздействии, как поступление пищи в организм (это явление носит название «специфического динамического действия пищи»). Но ведь расщепление молекул съеденной пищи — тоже работа, требующая затрат энергии. Белковая пища повышает интенсивность обмена на 25—30%, углеводы и жиры — примерно на 10%.

В результате преимущественно углеводная диета на фоне выраженной недостаточности пищи в целом (вариант, часто встречающийся в тропиках) может на длительный срок снизить уровень основного обмена. Противоположный вариант, характерный для коренного населения Арктики «белковолипидный» тип питания (мы рассмотрим его в главе 7), за счет специфического динамического действия пищи приводит к длительному возрастанию уровня базального метаболизма. Добавим к этому, что большое значение имеет тип физической активности: при постоянной работе вне помещений на холоде, основной обмен на длительное время увеличивается на 10-16%.