С. А. Подолинский: "Труд человека и его отношение к распределению энергии"

мы до сих пор еще не могли проследить, каковы именно эти обстоя­тельства, как скоро появились, то быстро размножились и теперь покрывают собой большую часть поверхности земли и населяют мо­ря? Нам кажется, что на этот вопрос уже легче дать ответ более или менее удовлетворительный. Организмы распространяются, потому что с успехом выдерживают борьбу за существование с неорганической природой, во всех тех случаях, где запас превратимой энергии у них больше, чем в окружающих их неорганических веществах. Действи­тельно, организмы не могут существовать ни в клокочущей лаве вул­канов, ни даже в виде горячих источников или среди песков пусты­ни, часто взрываемых ветром. Даже обыкновенный, быстро теку­щий ключ или вовсе не заключает организмов, или только такие, ко­торые попали в него позже, окрепнувши, а первые стадии своего раз­вития прошли в другом, более покойном месте. Во всех местах, где существует значительное механическое движение, где, следователь­но, превратимой энергии много, организм со своим небольшим коли­чеством высшей энергии не выдерживает борьбы за существование, так как его движение, рост, питание и пр. разрушаются ежеминутно посторонними, более сильными движениями. Напротив, в месте, ли­шенном значительного количества превратимой энергии, движения организма оказываются сильнейшими, и он беспрепятственно про­должает свое развитие.

Весьма интересные опыты Хорвата ¹  послужили исходной точкой для высказанного нами взгляда. Сущность опытов заключается в сле­дующем. Хорват брал четыре, по возможности, одинаковые стеклян­ные трубочки, до половины наполненные одной и той же питатель­ной жидкостью, на пол-литра которой прибавлял по две капли жидко­сти, содержащей бактерии. Число бактерий было так незначительно, что питательная жидкость трубочек оставалась ясной. Все трубочки тотчас же закрывались. Две из них прикреплялись особо приспособлен­ным образом к машине, движимой водой, которая во время своего хода сильно взбалтывала содержимое трубочек. Другие две трубочки ставились в покойном месте, вблизи взбалтываемых. По окончании опыта, через 24 или 48 часов, жидкость трубочек, стоящих в покое, была молочно-мутной и при микроскопическом исследовании оказа­лась содержащей значительные количества Bacterium termo и Bacteri­um bacillus (Cohn). Жидкость в тех трубочках, которые взбалтывались машиной, оставалась ясной. Бактерии в ней не размножались не только во время взбалтывания, но даже и при последующем покое в течение 48 часов при температуре 25° до 30°, если только взбалтыва­ние продолжалось достаточное время, например около 48 часов.

Заканчивая изложение своих опытов над бактериями пожелани­ем, чтобы подобные же опыты были повторены и над дрожжами, ин­фузориями, растительными семенами и пр., Хорват приводит следую­щий пример в подтверждение своего мнения о том, что сильные дви­жения препятствуют развитию жизни: «Все те воды, океаны, моря, ре­ки, которые, представляя все выгодные условия для развития жизни ², тем не менее содержат в сравнении со стоячими водами мало расте-
                    

¹ A. Horwath. Ueber den Einfluss der Ruhe und der Bewegung auf das Leben. В Pflügers Archiv. f. d. g. Physiologie. Bonn, 1878.

² «Т. е. присутствие кислорода, света, теплоты и питательных ве­ществ».

ний и животных, — все эти воды часто бывают в сильном движении и никогда не бывают в покое» ¹.

Таким образом, обладая известным запасом превратимой энергии, известной способностью к механическому движению, например ро­сту корня вниз, а стебля вверх, и встречая почти везде на земной по­верхности отсутствие механического движения, имея, если можно так выразиться, почти что монополию сбережения солнечной энергии, за­ключающей в себе еще значительную часть превратимых в высшую. форму элементов, — растения в действительности стали совершать с успехом это превращение и продолжают его и до сих пор. Громад­ные залежи каменного угля и атмосфера, в значительной степени освобожденная от содержания углекислоты, являются главными сви­детелями многовековой деятельности растений.

В настоящее время принято, для большего удобства расчетов, вся­кий процесс, оканчивающийся образованием химического движения, то есть одной из высших форм превратимой энергии, приравнивать к действию термической машины, то есть такой машины, в которой теплота переходит в работу. Начало такому общему взгляду на про­исхождение механической энергии положено гораздо ранее развития механической теории тепла исследованиями Сади Карно, который уже в 1824 году говорил: «Чтобы рассматривать принцип происхож­дения движения из теплоты во всей его широте, нужно представить его себе независимым от какого бы то ни было механизма, какого бы то ни было определимого вещества; нужно установить ход рассужде­ний, применимых не только к паровым машинам, но и ко всякой во­образимой огневой машине, каково бы то ни было вещество, пущен­ное в ход, и каков бы ни был способ, которым на него действуют». И далее: «Везде, где существует различие в температуре, может быть и происхождение двигательной силы» ².

Мы знаем, однако, что никогда вся теплота не может быть пре­вращена в работу, и наилучше устроенные паровые машины не дают более 1/5 или 1/4 полезной работы. Остальная теплота падает еще ниже относительно превратимости, теряет способность быть даже превращенной в работу, рассеивается. Но для того, чтобы правильно судить о количестве полученной работы и потраченной теплоты, не­обходимо, чтобы в машине совершился круговой процесс превращения теплоты в работу и обратно работы в теплоту, так как иначе мы не имеем возможности точно представить себе количество теплоты, на­ходящейся в полученной работе³. Вот что Карно называет циклом операций или круговым процессом. По его мнению, рассуждать об отношении между полученной работой и теплотой, потраченной на произведение работы, можно только тогда, когда цикл окончен. Взяв известное количество пара и дав ему просто расширяться, мы на основании потраченной во время этого процесса теплоты и получен­ной работы не имели бы право сказать, что исчезнувшее количество тепла представляет эквивалент полученной работы. В самом деле, при окончании действия пары находятся в другом состоянии отно­сительно давления и температуры, чем при начале. Вначале это могли
                    

¹ A. Horwath, l. с., стр. 133.

² Sadi Carnot. Réflexions sur la puissance motrice du feu. Paris, 1824, стр. 8 и 16.

³ Sadi Carnot, l. с., стр. 20.

быть насыщенные пары, имевшие известную температуру; в конце же процесса, если были приняты известные предосторожности, пар хотя и мог остаться насыщенным, но температура его была другая; поэтому нельзя сказать — обладают ли эти пары тем же количест­вом энергии, каким обладали в первоначальном состоянии, или нет. Мы не имеем разумного основания для определения количества теп­ла, перешедшего в работу, если рабочее вещество является вначале одним, а в конце другим. Если же при помощи какого-нибудь прис­пособления нам удастся вновь привести рабочее вещество к прежне­му состоянию, в таком случае мы получим право сказать, что так как это вещество вернулось к своему первобытному состоянию, то, зна­чит, в нем не произошло теперь и изменений, — и тогда уже можно рассуждать о всех внешних явлениях, происходивших во время про­цесса, и определять условия эквивалентности между ними.

Другая великая заслуга Карно заключается в мысли о совершенной машине, в которой совершался бы оборотный процесс — оборотный; не в обыкновенном техническом смысле обратного действия частей, а в том смысле, что, кроме превращения теплоты в работу, машина может совершать оборотный круговой процесс и, давая работу, воз­вращать, так сказать, теплоту от холодника к паровику. Здесь мы имеем извращение всего процесса, а не изменение в направлении дви­жения маши­ны. Карно ввел такое понятие и доказал, что если бы уда­лось получить машину, в которой происходил бы оборотный круго­вой процесс, то это была бы машина совершенная, понимая под со­вершенством ма­шины возможность установить условия обратного кру­гового процесса, совершенно независимо от природы рабочего веще­ства в машине ¹.

Мы уже дали краткий очерк учения о тепловой машине, так как оно облегчит нам изложение последующего. Тем не менее растения не могут быть непосредственно сравниваемы с тепловой машиной или с электромагнитной, что в данном случае безразлично. Растения глав­ным образом сберегают только солнечную энергию, но не превраща­ют ее в механическую работу. Они останавливаются на полдороге, превращая ее только в свободное химическое сродство. Поэтому в растениях не может быть и речи о круговом процессе. Количество механического движения, образующегося в растениях, крайне нич­тожно. Движение спор у тайнобрачных, тычинок у некоторых явно­брачных, например барбариса, рост корня и стеблей, закрывание и-открывание цветов, опускание и поднимание листьев у мимоз и др., поворачивание цветов и листьев к солнцу, ловля насекомых мухо­ловками, — все это движения по большей части не быстрые, слабые и совершающиеся на малом протяжении. Они представляют собой всю небольшую сумму механической работы, совершаемой растения­ми. В сравнении с количеством получаемой растениями солнечной энергии, даже в сравнении с частью ее, превращаемой растениями в свободное химическое сродство, механическая работа, доставляемая растениями, настолько незначительна, что мы пока можем оставить ее без подробнейшего разбора.

Гораздо важнее накопление растениями превратимой энергии в фор­ме химического сродства. Мы видели, что растения именно пото­му, что не совершают кругового процесса, не превращают получаемую
                    

¹ Тэт, l. с., стр. 88—89 и Sadi Carnot, l. с., стр. 21.

теплоту, свет и химическую энергию в механическую работу, уже ус­пели в течение веков накопить значительный запас превратимой энергии на земной поверхности. Это накопление энергии, это сбере­жение ее продолжается при помощи растений и в настоящее время. Действительно, мы знаем, что Земля теряет в пространство, рассеивает такое количество тепла, какое соответствует различию температуры между поверхностью Земли и пространством. Но при совершенно одинаковой температуре количество энергии, в том числе и скрытого, нелегко освобождаемого тепла, в разных случаях может быть очень различно. Совершенно правильно говорит Секки ¹: «Солнечные лучи, падая на растения, не отражаются и не разбрасываются так, как это случается, когда они падают на голые камни или на пески пустыни. Они в значительной мере задерживаются, и механическая сила их колебаний потребляется на разрушение соединений, составленных из кислорода с углеродом и водородом, соединений устойчивых, извест­ных под именем углекислоты и воды».

Но что же при этом происходит? Часть солнечной теплоты пропа­дает, как теплота. Она задерживается на поверхности Земли, не нагре­вая ее, не повышая ее температуры, не увеличивая ее потери. При равной потере Земля получает больше энергии или при равном по­лучении теряет меньше. Как бы мы ни рассматривали этот процесс, в обоих случаях на поверхности вследствие деятельности растений получается накопление энергии и притом не рассеянной энергии в роде тепла, электричества или даже света, а высшей, сохранимой ве­ками и способной ко всем возможным превращениям. Именно потому, что растения во время своей жизни не дают полного кругового про­цесса, они действительно увеличили и продолжают увеличивать за­пас превратимой энергии на земной поверхности. На земле расте­ния — злейшие враги мирового рассеяния энергии.

Сколько именно растения сберегают солнечной энергии, например, в течение года, вычислить еще очень трудно, так как для этого сле­довало бы знать количество тепла, получаемое всеми растениями на Земле, и количество рассыщенного сродства, сберегаемое в них в те­чение года через разложение углекислоты, аммиака и других насы­щенных или близких к насыщению соединений. Так как в некото­рых странах Европы уже сделаны расчеты необходимого числа гра­дусов тепла, нужных для того, чтобы довести до зрелости разные сор­та хлебов и других возделываемых растений; так как, кроме того, средние урожаи этих растений также известны, а состав почвы всег­да может быть определен, то можно надеяться, что скоро удастся определить, какой процент получаемой от Солнца энергии может сбе­речь в высшей форме питательного вещества и топлива десятина пшеницы или в материале для одежды десятина конопли и т. п. В настоящее время наибольшее затруднение для такого определения энергии заключается не в вычислении энергии сбереженной, но в оп­ределении энергии получаемой. Несомненно, что на жизнь растений -имеют влияние, кроме теплоты солнечных лучей, еще и свет, и хими­ческое действие их, а для них эквиваленты в теплоте или механиче­ской работе еще не могут быть найдены с достаточной точностью.

Таким образом, в растениях совершается работа поднятия части солнечной энергии с низшей ступени на высшую, точно так, как по-
                    

¹ Secchi. Le Soleil. T. II, стр. 300.

добная же работа совершается в воде, испарившейся под влиянием тепла и накопившейся потом в каком-либо резервуаре на возвышен­ном месте, или в воздухе, нагретом и приведенном таким образом в состояние большей упругости. Главная разница между этими процес­сами заключается в том, что у растений энергия накопляется в фор­ме химического сродства, в воде же и воздухе непосредственно в ви­де потенциального или кинетического механического движения. Но ни та, ни другая энергия, предоставленная сама себе, не служит к поднятию нового количества энергии на высшую ступень. Воздух, потеряв при переходе в более холодное место часть своего тепла, теряет и упругость, заставлявшую его двигаться. Работа его превра­щается в теплоту и рассеивается. Вода, прорвав препятствия, кото­рые ее задерживают, сбегает по склону горы в реку, а оттуда в море, Работа ее также превращается в теплоту через трение о дно ее рус­ла, о камни, которые она с собой уносит и т. д. В конце концов эта работа бесполезно рассеивается в пространстве. Растения, предостав­ленные самим себе, или сгнивают и разрушаются, окисляясь на кис­лороде воздуха и рассеивая сбереженную в себе энергию, или при бла­гоприятных обстоятельствах обугливаются, и уголь этот сохраняется под новыми слоями осевшей почвы. В последнем случае значительная часть энергии растений сберегается, но только складывается в запас, а не способствует поднятию нового количества низшей энергии на высшую ступень. Энергия, сбереженная в каменном угле, есть, в сущ­ности, только сбереженное солнечное тепло, но еще не высшая энер­гия, потому что понятно, что химическое сродство угля для того, что­бы дать действительно высшую ступень энергии, т. е. механическую работу, должно быть предварительно обращено в теплоту, и затем теп­лота уже в механическую работу. При этом, конечно, происходит всегдашнее рассеяние тепла.

Таким образом, если проследить историю сбережения солнечной энергии на земной поверхности, то мы увидим, что в то время, когда температура земной поверхности поддерживалась, главным образом, изнутри Земли, сбережения этого вовсе и не происходило. Уже позже, когда главным источником тепла для земной поверхности стало Солн­це, когда появились на Земле пояса и прочие различия температуры, часть солнечной энергии стала превращаться воздухом и водой в ме­ханическую работу. Некоторая, незначительная часть энергии при этом сберегалась, но при своем потреблении все-таки целиком рассе­ивалась в пространстве. Доля энергии, сберегаемая растениями, уже гораздо значительнее, но и она пока не ведет к поднятию новой энер­гии на высшую ступень. О небольших, так называемых произволь­ных движениях растений мы уже упоминали и по незначительности их не рассматривали подробнее. Каменноугольные пласты представ­ляют, правда, громадный запас превратимой энергии, но лишь потен­циальной, не переходящей, за исключением разве движения угольных газов в пустотах, в кинетическую. Тем более энергия, сбереженная растениями и сложенная внутри Земли, не служит сама собою к про­изводству новой высшей энергии.

Глава V

ЗНАЧЕНИЕ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
В РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭНЕРГИИ.
ПОНЯТИЕ О ТРУДЕ

Энергия, сбереженная растениями, не во всех слу­чаях подвергается уже упомянутой нами участи. Не все растения сгнивают и рассеивают сбереженную энергию, не все также складывают ее в запас под видом торфа или каменного угля. С тех пор, как су­ществуют уже на Земле животные, часть растений идет им на пищу, и в таком случае сбереженная ими солнечная энергия начинает играть роль совер­шенно иного рода. Все животные в большей или меньшей мере превращают часть сбереженной ра­стениями энергии в высшую ее форму, в механиче­скую работу.

Начнем с низших животных. Мы уже говорили, что даже растения переводят часть своей энер­гии в теплоту и механическую работу; по­этому неудивительно, что есть такая ступень, где между низшими жи­вотными и растениями не существует ясной грани не только в мор­фологическом отношении, но и в характере химических и физических процессов, в них совершающихся, в количественном распределении различных форм энергии и т. п. Но как только мы хоть немного под­нимемся выше по ступеням развития животных, то сейчас же заме­тим большое различие в характере преобладающих процессов. В ра­стениях процессы восстановления явно преобладают над процессами окисления. Только в весьма незначительной степени растения поддер­живают свою температуру выше окружающей среды. Только в редких случаях, например во время оплодотворения (у Arum и др.), от­дельные части растений достигают довольно высоких температур. У животных, даже низших, мы видим обратное. Явления окисления пре­обладают над явлениями восстановления ¹ . Животные вынуждены питаться уже достаточно восстановленными, заключающими запас превратимой энергии веществами растительного или животного про­исхождения. Животные окисляют эти вещества в своем теле, согре-
                    

¹ По-видимому, некоторые явления животной жизни, напр. уподобле­ние белковины, сопряжены с явлениями восстановления. См. S. Podolinsky, Beiträge zur Kenntniss des pancreatischen Eiweissfermentes. Pflügers Archiv, 1876.

вают ими свое тело, добывают из них способность для механической работы, совершив которую, животные, однако, снова рассеивают энер­гию, сбереженную растениями. Большая часть ее уходит в простран­ство, а остальная обратно превращается и сберегается растениями пу­тем разложения угольной кислоты, выдыхаемой животными.

Таким образом, все низшие животные, правда, превращают часть обереженной растениями солнечной энергии в высшую форму, в механическое движение, но рассеивают затем эту энергию непроизво­дительно, то есть не употребив растрату ее на новое превращение ча­сти солнечной энергии в высшие формы. Заботу об этом они предо­ставляют растениям, но и те, как мы видели, останавливаются на по­ловине пути.

Мы имеем здесь два процесса, идущие рядом, которые обыкновенно только и принимаются во внимание при учении о круговороте жиз­ни. Растения сберегают известные количества энергии, но животные, поглощая растения, превращают при этом часть сбереженной энергии в механическую работу и рассеивают превратимую энергию, содер­жавшуюся в поглощенных ими растениях. Если количество сбережен­ной растениями энергии больше, чем количество рассеивае­мой животными, тогда происходит накопление запасной энергии, например в виде каменноугольных пластов в тот период жизни Земли, когда, очевидно, растительная жизнь сильно преоблада­ла над животной. Напротив, если бы животная жизнь стала преобла­дать над растительной, то, истощив запасы, заключающиеся в на­копленном растениями питательном материале, и рассеяв его энер­гию в пространство, животная жизнь бы сама сохранилась соответст­венно размеру энергии, сберегаемой в каждое данное время растения­ми. Таким образом, установилось бы известное, более или менее по­стоянное отношение между жизнью растений и животных, между сбережением и рассеянием энергии. Уровень энергийного бюджета земной поверхности в таком случае был бы далеко ниже, чем при преобладании растительной жизни, так как запасов превратимой энергии не могло бы накопляться, потому что животные рассеивали бы всю энергию, накопленную за известное время растениями. Таким образом, ни растения, ни животные уже не способствовали бы даль­нейшему увеличению сбережения солнечной энергии, и величина всей энергии земной поверхности при несколько высшем уровне, чем до появления организмов, была бы, однако, постоянно одинаковой и не увеличивалась бы далее. Годы и века проходили бы. Солнце с неисто­щимой щедростью посылало бы свои лучи на Землю, но запас пре­вратимой энергии на Земле не возрастал бы и на самую ничтожную величину. Повторим еще раз: общий запас энергии на Земле был бы увеличен, жизнь бы существовала на Земле, но ни общий запас энер­гии, ни жизнь уже не возрастали бы; это был бы своего рода застой, несмотря на жизнь и на постоянный обмен вещества и энергии.

Причина такого застоя теперь для нас ясна. Она состоит в том, что высшие формы энергии, добытые растениями и животными, в конце концов всегда рассеивались в пространстве бесполезно и никогда не были направлены на единственно полезную в смысле увеличения энергии на Земле работу, т. е. на новое превращение низших форм энергии в высшие, например солнечного тепла в механическую рабо­ту и т. п. Таким образом, животные только рассеивали энергию, добы­тую растениями, а растения, даже в самом благоприятном случае пре-

обладания растительной жизни, только складывали ее в запас в такой форме, где она при существовавших тогда обстоятельствах не могла быть потреблена на превращение нового количества энергии Солнца в более превратимую форму.

Но, взглянув вокруг себя, мы видим, что в настоящее время по­добный застой не существует. Количество солнечной энергии, прини­мающей на земной поверхности вид энергии более превратимой, не­сомненно, постепенно увеличивается. Количество растений, животных, людей теперь несомненно более, чем было в эпоху первого появле­ния человека. Многие бесплодные места возделаны и закрыты рос­кошной растительностью. Урожаи во всех цивилизованных странах возросли. Число домашних животных и особенно число людей значи­тельно увеличилось. Что бы ни говорили о многочисленности стад ди­ких животных, но несомненно, что домашние животные и люди в сумме представляют более живого вещества и потребляют большее количество питательного материала, накопляемого растениями, чем одни дикие животные. Мы видим, правда, что существуют страны, бывшие богатыми и превращенные чуть не в пустыни, но такие фак­ты слишком явно зависели от ошибок в хозяйстве. В общем же, нель­зя не признать увеличения производительности питательного мате­риала, заключающего запас превратимой энергии на земной поверх­ности, со времени появления человечества.

Вот несколько примеров из сельскохозяйственной статистики Франции, которые ясно показывают влияние, оказываемое трудом на увеличение накопления энергии на земле.

Во Франции существует в настоящее время около 9 000 000 гекта­ров леса, доставляющих средний ежегодный прирост дерева, равняю­щийся 35 000 000 стэрам, т. е. кубическим метрам, весом около 81 000 000 метрических кинталов (один кинтал равен 100 килограммам). На гектар, следовательно, приходится ежегодного прироста 9 метри­ческих кинталов, или 900 килограммов. Принимая число тепловых единиц, заключающееся в каждом килограмме высушенной на возду­хе клетчатки, равным 2550, мы получим ежегодное накопление сол­нечного тепла на каждом гектаре леса, равное 900×2 500=2 295 000 теп­ловым единицам.

Естественные луга занимают во Франции пространство в 4 200 000 гектаров и производят средним числом ежегодно 105 000 000 метричес­ких кинталов сена, или по 2500 килограммов на каждом гектаре. На­копление солнечного тепла на гектаре составляет, следовательно, еже­годно 2 500×2 550=6 375 000 тепловых единиц.

Таким образом, мы видим, что без вмешательства труда предо­ставленная сама себе растительность, при самых выгодных обстоя­тельствах, т. е. в лесу или на лугу, накопляет ежегодно на гектаре количество солнечного тепла, колеблющееся между 2 295 000 и 6 375 000 тепловыми единицами.

При участии труда сейчас же замечается значительное увеличение.

Во Франции искусственные луга устроены уже на поверхности 1 500 000 гектаров, которые за вычетом ценности семян производят ежегодно 46 500 000 метрических кинталов сена, т. е. по 3 100 кило­граммов на каждом гектаре. Следовательно, ежегодное накопление теп­ла равно 3 100×2 550=7 905 000 тепловых единиц. Избыток против ес­тест­венного луга равняется 1 530 000 тепловых единиц и получен он, есте­ственно, благодаря труду, приложенному к устройству искус-

ственного луга. Труд этот для одного гектара искусственного луга равняется ежегодно приблизительно: 50 часам работы одной лошади и 80 часам работы одного человека. Вся работа эта, переложенная на тепло, рав­няется 37 450 тепловым единицам. Таким образом, каждая тепловая единица, приложенная в виде труда человека или лошади к устрой­ству искусственного луга, производит избыток накопления солнечно­го тепла, равный 1 530 000 : 37 450=41 тепловой единице.

То же явление замечается и при возделывании зерновых хлебов. Во Франции засевается пшеницей немногим более 6 000 000 гектаров, которые за вычетом семян дают 60 000 000 гектолитров зерна и 120 000 000 метрических кинталов соломы ежегодно. На каждый гек­тар, следовательно, приходится 10 гектолитров, или 800 килограммов зерна и 2000 килограммов соломы. В тепловых единицах 800 кило­граммов зерна, по расчету составных частей его, например белкови­ны, крахмала и пр., равняется около 3 000 000 калорий, что вместе с 2000×2 550=5 100 000 тепловыми единицами, содержащимися в соломе, составляет 8 100 000 тепловых единиц.

Избыток над естественным лугом равен 8 100 000—6 375 000=1 725 000 тепловых единиц. Для получения его затрачено 100 часов работы ло­шади и 200 часов работы человека, представляющие вместе ценность 77 500 тепловых единиц. Следовательно, каждая тепловая единица, за­траченная в виде труда на возделывание пшеницы, производит избы­ток накопления солнечного тепла, равный 1 725 000 : 77 500=22 тепло­вым единицам¹.

Откуда ж берется избыток энергии, необходимой для выработки этого питательного и горючего материала? На это возможен только один ответ: Из труда человека и домашних животных. Что же такое труд в таком случае? Труд есть такое потребление механической и психической работы, накопленной в организме, которое имеет резуль­татом увеличение количества превратимой энергии на земной поверх­ности, Увеличение это может происходить или непосредственно—через превращение новых количеств солнечной энергии в более преврати­мую форму, или посредственно — через сохранение от рассеяния, не­избежного без вмешательства труда, известного количества уже су­ществующей на земной поверхности превратимой энергии.

Откуда же взялась способность трудиться и где ее начало в живот­ном царстве? Мы говорим в царстве животных, потому что из само­го нашего определения труда видно, что он не может иметь места ни в неорганическом мире, ни в мире растений. Действительно, рассмот­ренные нами случаи проявления механической работы в неорганиче­ском мире, т. е. ветры, водяные течения, приливы, без вмешательст­ва человека при потреблении своей механической работы никогда не пе­реводят солнечную энергию в более превратимую форму и никогда не предотвращают рассеяние высших форм энергии; напротив, они толь­ко рассеивают свои собственные запасы. Вода, испаряясь, сберегает, подобно растениям, в себе часть солнечной энергии, но, падая на зем-
                    

¹ См.: 1. Statistique de la France, 1874, 1875 и 1878.

2. Dictionnaire des arts et de 1'agriculture de Ch. Labolaye
4-me edition 1877. Articles Agriculture par Hervé Mangon et Carbonisation.

3. Pelouze el Fremy. Traité de Chimie.

4. Hermann, Grundzüge des Physiologie 5-te Auflage. 1877.

лю, она рассеивает ее опять всю, не превратив нисколько новой низ­шей энергии в высшую.

Точно так же понятие о труде не может быть применено и к ра­стениям, потому что растения только накопляют в себе энергию и или вовсе не тратят ее (пример каменный уголь), или, сгнивая на воз­духе, потребляют ее непроизводительным образом, то есть вполне рас­сеивают в пространстве. Только в том случае накопленная растениями энергия идет на поднятие нового количества энергии на высшую сту­пень, когда запас этот входит в состав пищи трудящегося животного или человека; или же служит топливом для машины, построенной и управляемой трудом человека. Понятно, следовательно, что и в дан­ном случае трудились не пища и не топливо и даже не материал, из которого сделана машина, но животное, которое ходило в плуге, или человек, который воспитывал животное, управлял им или который построил машину.

Переходя к животным, нам будет гораздо труднее указать грани­цу, где может начаться приложение понятия о труде. Возьмем какое-либо низшее животное и посмотрим, к каким его отправлениям может быть применено название труда. Мы вообще привыкли смешивать труд с движением и механической работой, и потому весьма естест­вен будет для нас вопрос, есть ли, например, труд ползание слизняка или летание мотылька?

На этот вопрос мы прямо можем ответить — нет; ползание слизня­ка и летание мотылька не есть труд, потому что они сопровождаются только рассеянием энергии, а не обратным поднятием упавшей энер­гии на высшую ступень. Но, возразят нам, ведь слизняк ползает с целью найти себе пищу, мотылек летает с целью найти удобное ме­сто, где бы положить свои яички так, чтобы выползшие личинки сей­час имели бы достаточный запас пищи. На это мы скажем, что при­рода не знает целей, она может считать только результаты. Вся жизнь слизняка, все его ползание, искание пищи, переваривание найден­ных пищевых веществ и добытая из них способность снова двигать­ся не переводят и малейшей части солнечной энергии в такую выс­шую форму, которая при своем потреблении увеличивала бы запас превратимой энергии на земной поверхности. Слизняк не может воз­делывать растения, значит, не увеличивает никогда своим вмешатель­ством количество солнечной энергии, сберегаемой растениями. Нам могут сказать, что на основании закона борьбы за существование слизняк, живя при благоприятных об­стоятельствах, находя пищу в изобилии, истребляет значительную мас­су растительного материала; но зато, находя мало пищи, например от случайного неурожая по­требляемых им растений, и погибая от голода, он своей гибелью дает в будущем возможность существования боль­шему числу растений и этим как бы увеличивает сбережение энергии. На это мы возразим, вооружившись тем же законом борьбы за суще­ствование. Если от ги­бели слизняков сила растительности какой-либо местности увеличит­ся, то, весьма вероятно, увеличится и число врагов этой растительно­сти. Слизняк, погибнув, не может охранять растения, которыми он питался, от других потребителей, и потому обмен энер­гии, вероятно, останется в прежнем размере. Понятно, что подобное же рассужде­ние применяется и к личинкам мотылька. Кроме того, не сле­дует забывать, что под словом «труд» понимается положительное дей­ствие организма, имеющее результатом увеличение сберегаемой энер-

гии, а потому пассивный факт гибели от голода, сопряженный с прекра­щением существования организма, никак не может быть включен в категорию труда.

Мы привели этот, может быть, несколько странный пример для того, чтобы сразу поставить на должную точку вопрос о сбережений энергии. Действительно, с первого взгляда может показаться, что слизняк, погибая, увеличивает растительную жизнь тем, что уже не истребляет растений. Это то же, что, как говорят, капиталист сбере­гает, не проедая всех своих доходов, а оставляя часть из них непри­косновенными. Но то и другое совершенно несправедливо, потому что слизняк в действительности не только не увеличивает никакой энер­гии, погибая от голода, но даже не может охранить от дальнейшего рассеяния энергии тех растений, которых он не съел. Одним словом, слизняк не трудится, потому что он не способствует увеличению превратимых форм энергии на земной поверхности, ни увеличивая ее непосредственно, ни охраняя от рассеяния такие запасы ее, которые при дальнейшем своем потреблении могли бы дать увеличение сбе­режения. В таком же смысле не трудится и капиталист, не проедаю­щий всех своих доходов.

Надеемся, что на этом примере нам удалось опровергнуть понятие о чистом сбережении или, если можно так выразиться, об отрица­тельном труде. Труд есть понятие вполне положительное, заключаю­щееся всегда в потреблении механической или психической работы имеющей непременным результатом увеличение превратимой энергия или сохранение от рассеяния такой энергии, которая при своем потреб­лении будет иметь последствием увеличение запаса энергии.

Исходя из этой точки, мы можем заключить, что всякие движения животных, по-видимому, бесцельные или имеющие целью отыскание пищи, укрывание от холода в устроенных самой природой простран­ствах или от врагов, не могут еще быть названы трудом. Не могут по­тому, что совершение их не имеет необходимым последствием увели­чение энергии на земной поверхности, а несовершение уменьшения ее. Правда, когда животное умирает от голода, количество высшей энер­гии, может быть, на мгновение уменьшается, но, по закону избытка зародышей, на место погибшего животного сейчас же становится но­вое, и обмен уравновешивается на уровне, обусловленном величиной сбережения солнечной энергии посредством растений. Таким образом, ля того, чтобы дойти до понятия о труде, мы должны получить такое видоизменение закона борьбы за существование, где количество энер­гии, заключающейся в каких-либо произведениях природы, система­тически и потому с успехом увеличивалось бы при одновременном сохранении этой энергии от рассеяния или расхищения естественны­ми врагами этого произведения природы.

Отсюда мы видим, что не только движения животных вообще еще не представляют собой вид труда, но и более сложные действия их едва ли могут быть отнесены к этой категории. Так, например, дея­тельность паука, плетущего свою паутину, еще не есть труд, так как деятельность эта не ведет ни к какому увеличению энергии, ни к како­му сохранению ее от рассеяния в мировое пространство. Паук, пой­мав насекомое и насытившись им, рассеивает тем не менее полу­ченную этим путем энергию бесполезнейшим образом, в смысле уве­личения общего энергийного бюджета земной поверхности. Подобное же рассуждение мы должны применить и к довольно сложным и хит-

рым приспособлениям муравья-льва для ловли насекомых и тому по­добным фактам.

После этого, однако, нас могут спросить, трудится ли человек, жи­вущий исключительно охотой и рыбной ловлей? На это мы должны ответить, что, действительно, человек, занимающийся исключительно охотой и рыбной ловлей, не трудится. Мы приходим к такому за­ключению, потому что такой человек нисколько не прибавляет к энер­гийному бюджету земной поверхности, и для величины этого бюдже­та было бы совершенно безразлично, если бы превратимая энергия, поглощенная человеком, оставалась бы по-прежнему в теле дичи или рыбы, послужившими ему пищей. Тем не менее в действительности охота и рыбная ловля по большей части все-таки должны считать­ся трудом, так как нам очень трудно представить себе такое состоя­ние человека, где бы он только добывал пищу и ел, как дикое живот­ное. Уже на самой ранней ступени развития человека энергия, добы­тая в пище, хотя отчасти переходит в такую механическую и пси­хическую работу, которая, как, например, изготовление оружия, по­стройка жилищ, приручение животных и т. п., должна быть причис­лена к разряду работ, увеличивающих сбережение энергии, или к разряду полезного труда. Но не только у первобытного чело­века, но и у многих животных мы должны признать способность к труду, и притом не только у домашних животных, но и у диких, по­мимо вмешательства человека. Мы не знаем, правда, таких случаев, где бы животные систематически возделывали какие-либо растения и таким образом прямо бы увеличивали часть сберегаемой солнечной энергии ¹, но зато мы знаем такие примеры, где животные некоторы­ми действиями своими способствуют систематически, хотя, может быть, и не вполне сознательно, лучшему развитию тех растений, кото­рыми они питаются. Сюда относятся, например, шмели, без которых, говорят, цветы красного клевера не оплодотворяются. Пчелы также часто оплодотворяют растения, которыми они питаются, перенося пыль с тычинок на рыльца. Некоторые общественные животные, например муравьи, доходят до того, что содержат в качестве домашних живот­ных один вид травяной вши, кормят ее, воспитывают ее личинки, ох­раняют от врагов и других вредных влияний и затем пользуются выделяемым травяными вшами соком. Муравьи воздвигают для этой цели подземные постройки, прорывают сообщения с отдаленными местами и вообще совершают целый ряд работ, имеющих непосредст­венным результатом увеличение запаса питательного материала, на­копляемого в теле травяных вшей. Так как этим путем лишняя часть сбереженной растениями потенциальной энергии систематически пре­вращается в теле муравьев в высшую форму кинетической механи­ческой работы, то, несомненно, действия муравьев, направленные на то, чтобы придать этой энергии в виде травяных вшей форму, уподоб­ляемую для более подвижного животного, муравьев, должны быть причислены к категории труда. Но этого мало. У муравьев существует даже разделение труда. Одни из них роют землю, другие лепят ее, третьи строят, четвертые собирают запасы, пятые охотятся, шестые
                    

¹ Новейшие наблюдения Лёббока привели его к заключению, что труд некоторых муравьев может быть признан земледельческим. См. Revue Scientifique, 1878, № 25, стр. 544.

высасывают сок из цветов, седьмые воспитывают домашних живот­ных или занимаются разведением невольников ¹.

Переходя к высшим животным, например птицам, мы видим и у них целый ряд действий, близко подходящих к выраженному нами понятию о труде. На первом месте стоит здесь усовершенствование в способе постройки гнезд. Так, например, по известному наблюдению рауанского ученого Пуше, ласточки на его глазах в течение сорока лет изменили способ постройки своих гнезд, приноравливаясь к из­менившимся обстоятельствам их жизни. В Северной Америке гнезда балтимор различно устроены и вымощены различными материала­ми, смотря по климату, местности и т. д. Дикие кабаны в Бенгалии срезывают своими клыками стебли трав длиной от 1 метра до 1,25 метра и строят из них огромные шалаши с коридором, снабженным отверстиями, служащими для осматривания окрестностей. Шимпанзе строят на высоких деревьях гнезда, снабженные крышей, в виде зон­тика. Постройки бобра на Одонтаре представляют собой нечто среднее между землянкой и хижиной. Они заключают, кроме свода, еще жи­лую комнату и кладовую². Нам легко было бы привести еще много примеров труда у животных, особенно по отношению к постройке жилищ. Несомненно, что постройка их имеет результатом сбережение части превратимой энергии животного от рассеяния. В этом смысле постройка жилищ у животных преследует те же цели и достигает в общем тех же результатов, что и у человека. Действительно, с чис­то количественной точки зрения высшая температура жилища жи­вотного есть такое же сбережение запаса энергии, как и то сбережение, которое появилось бы, если бы животное могло, подобно человеку, воз­делать ниву или развести сад. С другой стороны, однако, сбереженная в жилище животного энергия не играет вполне той роли, что у челове­ка, потому что из тела дикого животного она по большей части рас­сеется в пространство бесполезно, между тем как сбереженная жили­щем в теле человека энергия может быть употреблена на полезный труд. Жилище домашних животных, очевидно, играет одинаковую роль с жилищем человека.

В первобытной человеческой жизни труд, если наше определение его будет принято, не составляет еще очень важного элемента. Дейст­вительно, пока человек существовал среди других животных, подчи­няясь общим законам борьбы за существование, получая от внешней природы, без всякого со своей стороны воздействия, все, что ему было нужно для удовлетворения его потребностей, — до тех пор человек не видоизменял сколько-нибудь заметным образом величину энергийно­го бюджета земной поверхности. Мы остановимся немного на этом фазисе человеческого развития для того, чтобы показать, что мус­кульную работу не следует смешивать с полезным трудом. В дейст­вительности, дикарь, питающийся исключительно охотой в первобыт­ных лесах или рыбной ловлей в реках и на берегу озера, не обла­дающий еще почти никаким оружием, никакими усовершенствован­ными приборами, вероятно, не меньше вынужден напрягать свои мыш­цы, чем нынешний хлебопашец. Дикарь работал много, но работа его почти не была полезным трудом в нашем смысле слова, потому что дикарь очень мало увеличивал запас превратимой энергии на земной
                    

¹ См. Espinas, Societés animales. Paris. 1877, стр. 43, 215 и др.

² Espinas, l. с., стр. 273 и 289.

поверхности. Напротив, рабочий, управляющий паровым плугом или жатвенной машиной, ничтожно мало напрягает свои мышцы в срав­нении с полезностью своего труда, в смысле увеличения общего за­паса энергии. Таким образом, мы видим, что страшные мышечные усилия в первобытном человечестве соответствовали весьма неболь­шому количеству полезного труда, между тем как при усовершен­ствованном машинном хозяйстве сравнительно небольшая мышечная работа выражается в значительных размерах произведенного ими по­лезного труда.

Мы не будем останавливаться на постройке жилищ первобытным человеком, так как сюда приложимо сказанное о постройке жилищ животными. Гораздо заметнее становится доля полезного труда в из­готовлении оружия, лодок, рыболовных снастей и других инструмен­тов, потому что этим путем явно сберегается часть энергии, рассеивае­мой человеком при постройке жилищ, выделке одежды, охоте, рыбной ловле и пр. Благодаря этому сбережению энергии у человека мог по­явиться первый необходимый для него досуг и запас сил, которые и были употреблены им на труд, полезный еще непосредственнее, то есть на такой, который имел результатом сбережение лишнего коли­чества солнечной энергии на земной поверхности. Первым трудом та­кого рода было приручение домашних животных, разведение и охра­нение стад, систематическое истребление хищных животных и т. п. Этими действиями первоначальное равновесие, установившееся под влиянием борьбы за существование в энергийном обмене земной по­верхности, было нарушено, хотя в начале, правда, и не в самом вы­годном смысле для общего увеличения энергийного бюджета. Конечно, разведение и охрана стад вместе с истреблением хищных животных, несомненно, увеличивают до известной степени количество высших форм энергии, выражающихся отчасти в механической работе много­численных домашних животных, отчасти же в скорейшем размноже­нии самих людей. Но это увеличение происходит лишь за счет даль­нейшего превращения солнечной энергии, уже сбереженной растения­ми, и потому запас этот скоро оказывается недостаточным. Пастбища уже не могут прокармливать слишком многочисленные стада кочевых народов. Это легко становится понятным, когда мы примем во внимание, что труд разведения домашних животных толь­ко способствует переходу сбереженной растениями энергии в высшую форму, но сам по себе еще не сопровождается сбережением новых, лишних количеств солнечной энергии. Тем не менее роль кочевой жизни и скотоводства в развитии труда в высшей степени благотвор­на. Изобилие домашних животных, обеспечив людей на некоторое время от крайней нужды, дало им досуг, предприимчивость и разви­тие, необходимые для успешного совершения тех многочисленных наблюдений и более или менее удачных опытов, которые предшест­вовали всеобщему распространению земледелия.

Здесь только в первый раз мы встречаемся с трудом такого рода, где справедливость нашего определения труда, уже не скрываемая разными побочными обстоятельствами, ясно выступает на первый план. Десятина земли среди дикой степи или первобытного леса без вмешательства человека производит из года в год известное только количество питательного материала; человек прилагает к ней свой труд, и сейчас же производительность десятины возрастает в десять, двадцать и более раз. Конечно, человек не создает материю, не создает

он и энергию. Материя уже находилась сполна в нашей десятине зем­ли, в посеянном зерне, в атмосфере; энергия вся сполна получилась от Солнца, и не в большем количестве, чем прежде. Но благодаря при­ложению человеческого труда десятина земли могла сберечь в мате­рии покрывающей ее растительности в десять или двадцать раз более энергии, чем прежде. Пусть не говорят, что энергия эта уже была сбе­режена в нашей десятине, что человек только способствовал ее исто­щению. Это совершенно несправедливо потому, что земледелие исто­щает почву только тогда, когда оно ведется неблагоразумно, хищни­ческим образом. Напротив, при усовершенствованном хозяйстве зем­ля дает наибольшие урожаи именно там, где земледелие существует уже очень давно, например в Англии, Франции, Ломбардии, Египте, Китае, Японии и пр. Вот почему мы считаем себя вправе сказать, что правильное земледелие есть наилучший представитель полезного тру­да, т. е. работы, увеличивающей сбережение солнечной энергии на земной поверхности.

Глава VI

ПРОИСХОЖДЕНИЕ СПОСОБНОСТИ К РАБОТЕ
В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Начав с распределения энергии в мировом простран­стве и на земной поверхности, мы дошли до труда человека, как до деятеля, участвующего в этом рас­пределении. Но мы пока еще ничего не сказали о происхождении способности к труду в организме, а это совершенно необходимо не только для даль­нейшего частного рассмотрения роли труда в обще­ственной жизни, но даже и для ясного понимания основного факта, что труд может увеличивать пре­вратимую энергию на земной поверхности. Откуда берется в организме энергия, необходимая для со­вершения действий, которые мы называем трудом? Какими аппаратами производятся эти действия? Ка­кими побочными явлениями они сопровождаются?

На первый вопрос мы можем ответить, зная, что вся механическая работа в организме животных имеет началом энер­гию, сбереженную в пище в форме химического сродства, которое, насыщаясь в теле человека химическим сродством вдыхаемого им кислорода, переходит в теплоту, а часть последней в свою очередь превращается в механическую работу. С первого же взгляда понятно, что только часть теплоты может подвергнуться такому превращению. Во-первых, как мы знаем, никогда теплота, энергия, мало превратимая, не может целиком превратиться в механическую работу, энер­гию высшего порядка. Во-вторых, теплота, вырабатываемая в орга­низме человека, кроме внешней механической работы, идет еще на внутреннюю: кровообращение, движение кишок и пр., на поддержку постоянной температуры, испарение воды и т. д. Поэтому неудивитель­но, что только небольшая часть ее может непосредственно обратиться во внешнюю механическую работу или в труд, если эта внешняя ра­бота будет иметь результатом увеличение энергии на земной поверх­ности.

Один из самых первых и самых важных опытов, показывающих превращение теплоты человеческого организма в работу, был произ­веден Гирном, и на нем мы остановимся немного долее.

Гирн брал деревянный ящик, герметически закрытый, во внутрен­ность которого можно было смотреть через несколько застекленных и плотно замазанных отверстий. В ящике мог свободно поместиться че­ловек, над которым производился опыт, не прикасаясь телом к стен­кам ящика. Воздух, нужный для дыхания, доставлялся трубкой, снаб­женной краном, а газы, выдыхаемые человеком, также выводились

из ящика трубкой. При первом опыте человек находился в покое, при дальнейших — он посредством особого механизма производил столь­ко времени, сколько было нужно, движения поднятия на лестницу и опускания с нее. Механизм был устроен следующим образом:

В нижней части ящика было помещено колесо, вращавшееся во­круг оси, которая выходила наружу из ящика и там посредством кожаного паса приводилась в движение. Во время движения колеса человек, подвергнутый опыту, держась руками за перекладину, при­крепленную в верхней части ящика, и упираясь ногами попеременно на дощечки, приделанные к окружности колеса, должен постоянно про­изводить движение, как будто бы он поднимался на лестницу, для то­го, чтобы сохранить точку опоры для своих ног. Таким образом, в известное время центр тяжести его тела проходил путь, равный пути, проходимому в то же время какой-либо точкой на окружности коле­са. Если колесо вертится в противоположном направлении, то пациент вынужден постоянно сходить на нижнюю перекладину и, например, через час его центр тяжести как бы спускался на все пространство, пройденное окружностью колеса в противоположном направлении.

Количество тепла, образуемого пациентом, по отношению к равно­му весу вдохнутого кислорода, различно в этих трех различных слу­чаях, т. е. при покое, всхождении на лестницу и опускании с нее. Раз­личия как раз соответствуют предположениям механической энергии тепла. Конечно, следует брать количества тепла, соответствующие рав­ным весам вдохнутого кислорода, потому что сравнивать абсолютные количества тепла, выделенные в трех различных состояниях, было бы совершенно неправильно, а нужно сравнить количества тепла, соот­ветствующие равному дыхательному действию, т. е. равному количе­ству кислорода, введенного в организм. Измерение это было нетрудно произвести, так как воздух доставлялся через трубку, почерпавшую его из размеренного газометра, между тем как испорченные продукты выдыхания также уводились трубкой в газометр, размеренный по­добно первому, и из которого брался воздух для производства анали­за. Гирн определял только количество угольной кислоты, потому что количество водяных паров подвержено чересчур большим колебаниям вследствие изменения гигрометрического состояния внутри ящика.

Измерение количества тепла в каждом случае начиналось только тогда, когда термометр, поставленный внутри ящика, показывал по­стоянную температуру. Пациент в каждое данное время выделял в таком случае ровно столько тепла, сколько терялось через сумму сле­дующих трех причин:

1. Лучеиспускание ящика.

2. Прикосновение внешнего воздуха.

3. Тепло, увлекаемое движением внешнего воздуха. Влияние последней причины определялось путем прохождения газов через змеевик калориметра, который имел первоначально темпе­ратуру окружающего воздуха, и затем калориметрическим измере­нием обыкновенными способами.

Остальные две потери приблизительно исчислялись путем замены человека горелкой Бунзена, которую соразмеряли таким образом, чтобы температура ящика оставалась та же, что была и в присутствии чело­века. Измерения количества газа, сожженного при таких обстоятельст­вах в данное время, давали возможность вычислить сумму потери через первые две причины, за вычетом, конечно, теплоты, унесенной продуктами горения газа.

Цифры, приведенные Гирном, ясно показывают, что результаты опытов совершенно согласны с предусмотрениями теории. Из них следует: 1) что во время работы происходит значительное увеличение дыхательной деятельности; 2) что при равной дыхательной деятельно­сти (равном весе вдохнутого кислорода) выделение тепла менее при работе, чем в состоянии покоя.

На каждый грамм вдохнутого кислорода выделялось теплоты во время покоя от 5,18 до 5,80 тепловых единиц, во время работы — от 2,17 до 3,45.

Опыты эти дают очень важный результат, хотя он только может быть приблизительным, именно величину экономического эквивален­та человеческой машины, т. е. величину процента тепла, превращен­ного в механическую работу. Величину эту Гельмгольц вывел из ре­зультатов, полученных Гирном, основываясь на некоторых предполо­жениях, вообще принимаемых физиологами.

В состоянии покоя взрослый человек выделяет в течение часа средним числом такое количество тепла, которое, переведенное цели­ком в работу, представляет собой механическую работу, необходимую для поднятия его тела на высоту 540 метров. По замечательному совпадению 540 метров есть как раз та высота, на которую человек без особого труда может подняться в течение часа, всходя на гору, не представляющую особых препятствий, т. е. в условиях, подобных ко­торым находился пациент Гирна. Но, возвращаясь к его опытам, из чисел, приведенных Гирном, видно, что при такой работе дыхательная деятельность была усилена в пять раз против величины ее в состоя­нии покоя. Отсюда непосредственно следует, что 1/5 и есть величина экономического коэффициента человеческой машины.

Должно казаться весьма замечательным, что тело человека, рас­сматриваемое как термическая машина, представляет такой высокий экономический коэффициент, тем более если принять во внимание, в каких тесных пределах температуры, давления и пр. человек вы­нужден работать. Эта необыкновенная способность к превращению низшей энергии в высшую встречается в некоторых органах челове­ческого тела в еще большей мере, например в некоторых мышцах внутри тела. Гельмгольц нашел, что, принимая во внимание давление крови в артериях, сердце в один час, употребляя для поднятия са­мого себя энергию, идущую на движение крови, поднялось бы на 6670 метров. Самые сильные локомотивы, употребляемые, например, для поднятия поездов на крутых скалах Тироля, не могут поднять свой собственный вес в один час выше 825 метров. Следовательно, как ма­шины они в 8 раз слабее мышечного аппарата вроде сердца ¹.

Откуда же берется такой запас энергии в организме человека и ка­ким образом он распределяется? Так как человек питается почти ис­ключительно веществами, заключающими в себе много свободного химического сродства, и притом вдыхает соответствующее своей пи­ще количество кислорода, то понятно, что при действительном соеди­нении питательного материала с кислородом должно освобождаться много тепла, часть которого переводится и в способность к механиче­скому движению. Количество тепла, производимого в теле человека этими процессами, можно приблизительно рассчитать, зная количе­ство тепла, выделяемое при сгорании разными веществами, употреб-
                    

¹ Verdet. Théorie mecanique de la chaleur. Paris. 1868. Т. II, стр. 246 и след.

ляемыми человеком в пищу. Так, например, 1 грамм белковины дает при полном сгорании 4,998 единиц тепла, при сгорании до степени мо­чевины — 4,263. Один грамм говядины, освобожденный от хлора, при полном сгорании — 5,103 единиц тепла, до степени мочевины — 4,368;

один грамм говяжьего жира — 9,069 единиц тепла¹. Углеводы также дают при сгорании количества тепла, близко подходящие к величи­нам, даваемым белковиной. В организме не все тепло сохраняется в неизменном виде; оно превращается отчасти в электричество, у неко­торых животных даже в свет (светляки, светящиеся мухи) и у всех животных в механическую работу. Есть приблизительный расчет для определения того, сколько из общей теплоты человеческого организма расходится теми разными путями, которыми человек теряет свою теп­лоту. Расчет этот сделан в том предположении, что в конце концов все потери энергии организма переходят в тепло. Из общего количест­ва тепла 1%—2% идет на потерю тепла испражнениями (мочей и ка­лом), от 4%—8% на потерю дыханием, от 20%—30% на потерю испа­рением воды, а остальные 60%—75% на лучеиспускание и механическую работу². Мы видели, что в механическую работу, т. е. собственно мышечную, при не слишком усиленном труде превраща­ется около 20% образующегося тепла. При некоторых обстоятельст­вах величина эта может быть и более.

Упомянем только вкратце остальные движения, происходящие в человеческом организме, и остановимся затем на мышечной работе и отчасти на психических отправлениях. Электрические явления, про­исходящие в мышечной и нервной системе, не обнаруживаются, по всей вероятности, вне человеческого тела, иначе как превратившись в теплоту (за исключением ничтожно слабых токов поверхности те­ла); поэтому мы можем оставить их здесь без дальнейшего рассмотре­ния. Это относится и к проявлениям движений, совершающихся в организме помимо работы гладких и поперечно-полосатых мышц, а именно: 1) движение сократимых клеток, 2) мерцательного эпителия, 3) зооспермий, 4) почти незаметных движений, сопровождающих рост, развитие и пр.³. Все эти движения по их незначительности не могут быть в настоящее время приняты нами во внимание.

«Мышечное движение составляет главное отправление животной жизни, и, следовательно, мышечная система есть центр явлений, обнаруживаемых живыми существами»⁴. Казалось бы, прибавляет Ма­рей к этим словам Кл. Бернара, что мышечные отправления долж­ны разделить такое первенствующее положение с ощущением, не ме­нее важным свойством организма. Но эта способность ощущать обна­руживается наблюдателю только посредством двигательной реакции, ею вызываемой. Каким образом биолог узнает, что он произвел ощу­щение у животного? Только через движение, явившееся последствием ощущения. Без движения, его обнаружившего, ощущение осталось бы вполне субъективным и почти всегда ускользало бы от исследования путем опыта⁵. Слова эти получат для нас большую важность при рассмотрении отношений, существующих между психическими
                    

¹ Hermann. Grundriss der Physiologie. 6-е издание. 1878, стр. 211.

² Hermann, l. с., стр. 215.

³ Hermann, l. с., стр. 212—213.

⁴ Cl. Bernard. Lecons sur les propriétés des tissus vivants, p. 157.

⁵ Marey. Du mouvement dans les fonctions de la vie. Paris. 1878, стр. 205.

функциями и мышечным движением и вообще при вопросе о нерв­ном труде.

Обратимся же теперь к аппарату, посредством которого в челове­че­ском организме совершается механическая работа, т. е. к мышцам. Мы должны предположить известными читателю их морфологическое строение и химический состав, по крайней мере в общих чертах,. и перейти непосредственно к самому производству механической ра­боты в мышце. Более частный механизм мышечного сокращения со­стоит, по-видимому, в образовании на каждом первичном волоконце небольшого припухания, совершающегося за счет длины этого воло­кон­ца. Укорочение всех волоконец, т. е. всего мускула, производит двига­тельную силу мышцы. Утолщение занимает только небольшую часть длины каждого волоконца, но оно подвигается по каждому из них, перемещаясь наподобие волны, бегущей по поверхности воды. Когда эта волна пробежала по всей длине мышцы, она исчезает, и мышца принимает свою первоначальную длину ¹. При сокращении мышца ста­новится не только короче, но и немного меньше в объеме, и упругость ее уменьшается ². Мышца во время своего сокращения обна­руживает всем известную силу, которую можно измерить, привешивая к мыш­це определенную тяжесть, заставляя ее затем сокращаться и отмечая посредством миографа высоту поднятия тяжести при сокращении мышцы. Таким образом, максимум работы одного грамма мышцы ля­гушки найден равным 3,324 до 5,760 граммометров. Обыкновенно же определяют силу мышцы наибольшей силой сокращения, которую она может дать при сильнейшем раздражении. Для квадратного санти­метра поперечного сечения мышцы лягушки эта сила выражается весом в 2800 до 3000 граммов, а для квадратного сантиметра человече­ской мышцы около 6000 до 8000 граммов³. Сравнительная мышечная сила птиц и насекомых больше силы человека⁴. На основании этих данных уже можно было приблизительно вычислить количество ра­боты, могущей быть доставленной человеком и домашними животны­ми. Обыкновенно это количество при­равнивают к работе, доставляе­мой паровыми машинами, причем за единицу принята паровая лоша­диная сила, или 75 килограммометров в секунду. Работу человека обыкновенно оценивают в 0,1 паровой лошадиной силы, но такая оценка относится только к общей работе человека. В отдельных слу­чаях, например, поднимая собственное свое тело на руках, человек на короткое время может обнаружить работу, равную работе паровой ло­шади или даже ее превосходящую ⁵.

Чтобы ближе ознакомиться с источником механической работы, даваемой мышцами, нам нужно обратиться к физическим и химиче­ским явлениям, сопровождающим сокращение мышц. Уже Беклар ⁶ нашел, что температура двуглавой мышцы руки человека возвышает­ся во время сокращения. Далее Гейденгайн при помощи весьма чув­стви­тельного термоэлектрического аппарата нашел, что при столбняке тем­пература мышцы лягушки возвышается на 0,15°, а при отдельных со­кращениях—от 0,001° до 0,005°. Позже Навалихин пришел к следую-
                    

¹ Магеу, 1. с.. стр.. 219.

² Rosenthal. Les nerfs et les muscles. Paris, 1878, стр. 41—42.

³ Hermann, 1. с., стр. 245.

⁴ Marey. La machine animale. Paris, 1873, стр. 66.

⁵ Marey. La machine animale, стр. 71.

⁶ Archives générales de médecine. 1861, Janvier—Mai.

щему очень важному положению: количество теплоты, образующейся в мышце, возвышается быстрее, чем увеличивается произведенная ра­бота. При сокращении со значительными тяжестями отделение тепла происходит не только во время сокращения, но и во время расслабле­ния мышцы ¹. Все эти факты указывают на то, что при сокращении мышц часть превратимой энергии их не переходит в механическую работу, а превращается в теплоту, т. е. рассеивается. Работы Навали-хина прямо указывают на то, что при усиленной работе эта потеря энергии значительнее, чем при умеренной. Последние работы Фика и Гартенека ² вполне подтверждают эти данные. Так, между прочим, эти исследователи нашли:

1) Количество совершенной в мышце во время сокращения химиче­ской работы зависит не только от силы раздражения, но и от напря­жения мышцы. Количество произведенного тепла увеличивается, если во время самого сокращения увеличивается привешенная тяжесть.

2) Химическая работа, необходимая для производства механиче­ского эффекта, должна быть тем больше, чем большая сила сопро­тивляется сокращению мышцы,

3) Общее количество тепла, образованное во время одного сокра­щения, вычислено равным 3,1 микрокалорий. По другому расчету найдено, что если горючее вещество мышцы есть углевод, то во вре­мя одного сокращения со значительной тяжестью его сгорает не бо­лее 0,0008 миллиграмма.

4) При энергичном сокращении количество совершившейся хими­ческой работы приблизительно в четыре раза превышает величину совершенной механической работы. Когда сопротивление слабо, тогда механическая работа представляет собой меньшую дробь химической.

Что касается химических процессов, то во время сокращения мышцы в ней замечается следующее:

1) Мышца образует углекислоту. Это видно уже из опытов Гирна, так как работающий человек в этом случае выдыхал в 5 раз более .углекислоты, чем в покое. По исследованиям Э. Смита³, выдыхание углекислоты при усиленной работе может в 10 и 12 раз превосходить нормальное. На вырезанной мышце выделение углекислоты при ра­боте было также непосредственно доказано.

2) Мышца во время сокращения потребляет больше кислорода. Также и весь организм во время работы потребляет более кислорода, хотя, по-видимому, и не в такой мере, как увеличивается образование угольной кислоты.

3) Мышца делается при работе кислой: в ней накопляется молоч­ная кислота.

4) Мышца по своему химическому составу изменяется от деятель­ности в таком направлении, что водный экстракт ее уменьшается, а алкогольный увеличивается ⁴.

Вся сумма этих явлений в работающей мышце сводится на рас­падение химических соединений, сопровождающихся насыщением более сильного сродства и освобождением известного количества энер­гии, принимающей форму механической работы. Какие именно веще-
                    

¹ Hermann, l. с., стр. 250.

² Pflügers Archiv. 1878. XIV, стр. 59.

³ E. Smith. Die Nahrungsmittel, 1873.

⁴ Hermann, l. с., стр. 260—261.

ства при этом распадаются и какие образуются — в точности неиз­вестно. Прежде принимали, что работа мышц совершается главным образом за счет азотистых веществ, т. е. белковины и т. п. Но в по­следнее время пришли к совершенно противоположному заключению. При умеренной работе количество выделенной мочевины не растет, между тем как количество выдыхаемой углекислоты бывает уже очень увеличено. Только при очень усиленной работе там, где мож­но предположить разрушение некоторых мышечных волоконец, за­мечается возрастание выделяемой мочевины. Вследствие этого теперь думают, что работа совершается за счет безазотистой пищи, а азо­тистая идет только на возбуждение самого мышечного аппарата и других содержащих азот частей тела и, может быть, на нервную ра­боту.

Мы не будем здесь рассматривать аналогии, существующие ме­жду сокращением мышц и окоченением их, и не будем останавли­ваться на гипотетической роли миозина, то свертывающегося, то опять растворяющегося, так как эти вопросы в данном случае слишком спе­циальны и, кроме того, еще не привели ни к каким обобщениям, ко­торые могли бы быть приняты с достаточной вероятностью. Желаю­щим ближе ознакомиться с этими предметами указываем особенно на работы Гейденгайна, Фика, Германа, Йог. Ранке и др.

Если так мало достоверного известно о физических и химических явлениях, сопровождающих мышечную деятельность, то еще далеко менее мы знаем о психических процессах и их отношении к общему энергийному бюджету нашего организма. Все, что до сих пор извест­но на этот счет, сводится приблизительно к следующему: психическая деятельность так же, как и мышечная, сопровождается образованием тепла, именно в нервных клетках ¹. Выделение фосфорных солей при ней увеличивается²; обмен азотистых веществ, по-видимому, также увеличивается. Кроме того, психическая деятельность, утомляя чело­века, делает его не только менее способным к продолжению умст­венной работы, но ослабляет также его способность к мышечной дея­тельности. В свою очередь и мышечная работа обнаруживает подоб­ное же влияние не только по отношению к мышечной же деятельно­сти, но и по отношению к психической работе.

¹ Schiff. Archives de physiologie. Т. II,. 1870.

² Byasson. Journal de pharmacie, 1867.

Рейтинг публикации:

6

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: