Многие специфические характеристики человека возникли в процессе адаптации к теплому субтропическому климату Восточно-Африканской рифтовой долины. Здесь предки современного человека перешли к кочевому образу жизни и бипедализму. Крупный мозг способствовал развитию когнитивных способностей, усложнению орудий труда и социальному общению. Но в этом и заключается проблема: наш мозг функционирует только в узком диапазоне температур. Если человеческое тело перегревается, мозг отключается. И поэтому наши предки должны были научиться регулировать теплообмен в условиях саванны. Чтобы охлаждать тело, они избавились от волосяного покрова на коже и приобрели гигантское количество потовых желез – больше, чем у любых других животных. Учитывая историю адаптации для рассеивания тепла, становится понятно, почему человеческое тело чрезвычайно плохо приспособлено к холодному и сухому климату полярных регионов.
Наш вид появился 300 тысяч лет назад, но потом люди перемещались, превращаясь из животных тропического и умеренного климата в полярных существ. История человечества в полярных регионах началась в Сибири 40 тысяч лет назад. Позднее, примерно четыре тысячи лет назад, традиции и технологии эскимосов позволили людям перейти к кочевому образу жизни на Крайнем Севере. Эскимосы придумали новые способы построения укрытий, новые орудия для охоты и рыбной ловли и одежду из местных материалов – изо льда, снега, шкур и костей. Переход к пище с высоким содержанием жиров и калорий наряду с культурными практиками позволил этим людям жить в условиях тьмы и холода. Как и во всех человеческих популяциях, при адаптации к местному климату и режиму питания у людей произошли изменения в телах и в генах. Благодаря одомашниванию животных некоторые человеческие популяции приобрели способность переваривать лактозу. Адаптация человека к полярным условиям потребовала другого набора генетических модификаций.
Для западной медицины здоровье эскимосов долгое время оставалось парадоксом. По естественным причинам в их режиме питания мало овощей и фруктов и много жиров из мяса тюленей, китов и других морских животных. Учитывая высокое содержание жиров в пище, резонно было бы ожидать, что эскимосы страдают от сердечно-сосудистых заболеваний, таких как атеросклероз, которые угрожают жителям более южных регионов. Однако это не так. Состояние сердечно-сосудистой системы эскимосов лучше, чем у большинства европейцев, китайцев хань и североамериканцев.
В 2015 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и из Копенгагенского университета попытались разгадать эту загадку, для чего сравнили белки крови эскимосов Гренландии с белками крови европейцев и китайцев хань. Были обнаружены весьма значительные различия: у 100 % гренландских эскимосов была найдена комбинация генетических вариантов, которая встречается только у 2 % европейцев и представителей народности хань. Эти генетические элементы играют в теле весьма специфическую роль: они важны для переваривания определенных жиров морских млекопитающих. Такие ферменты, называемые десатуразами, превращают насыщенные жиры в ненасыщенные. Как вам известно из походов по врачам, пища с большим количеством ненасыщенных жиров полезнее для здоровья, чем пища с большим количеством насыщенных жиров, из‐за влияния на другие жиры. Генетические изменения у эскимосов Гренландии естественным образом способствуют здоровью сердца: они снижают в крови уровень “плохого” холестерина (ЛПНП) и повышают уровень “хорошего” холестерина (ЛПВП). Эти ферменты также помогают понизить в крови уровень инсулина при голодании. Такие эффекты играют важнейшую роль в предотвращении образования опасных атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов. Благодаря генетическим изменениям эскимосы Гренландии имеют более здоровую сердечно-сосудистую систему, хотя регулярно употребляют в пищу очень много жиров.
Каждый из нас, вне зависимости от того, живет он на полюсе или нет, способен адаптироваться к холоду. Некоторые эффекты проявляются незамедлительно. Сухой и холодный воздух Арктики и Антарктики влияет на все тело. У нас есть специализированные нервы с окончаниями на поверхности кожи, которые реагируют на температуру. Когда температура кожи начинает понижаться, в мозг отправляются сигналы, вызывающие реакции в разных частях тела. Сначала похолодание заставляет тело выделять тепло за счет дрожи. Когда мы дрожим, наши мышцы непроизвольно сокращаются. И при каждом сокращении происходит выделение тепла. Дрожь – это непроизвольная реакция, но люди, работающие на холоде, учатся целенаправленно выполнять упражнения для мышц бедер, голеней и пресса, чтобы производить больше тепла. Я всегда делаю упражнения для пресса, перед тем как улечься спать в холодный спальный мешок. Всплеск физической активности согревает внутренности.
Холод запускает нервные сигналы в выстилке кровеносных сосудов. Нервы заставляют сокращаться крохотные мышцы в стенках артерий, усиливая ток крови от периферии к центру тела. Поскольку на поверхности кожи тепло теряется, изменение потока крови позволяет сохранить тепло для функционирования жизненно важных органов.
Если людям, привыкшим к умеренному климату, приходится работать на полюсе, они зачастую испытывают неприятные побочные эффекты адаптации. Когда на холоде кровь с периферии поступает в центр тела, больше крови поступает к почкам. У многих людей это увеличение объема крови приводит к тому, что у них чаще возникают позывы к мочеиспусканию. Полярные исследователи и альпинисты рассказывают об этом неудобстве, особенно в тех случаях, когда при отрицательной температуре под паркой и утепленными штанами надето еще и теплое трико. Проблема в том, что в таких местах не только холодно, но и сухо, так что для восполнения потерь воды за счет дыхания и мочеиспускания нужно регулярно пить.
У большинства других млекопитающих на холоде мелкие мышцы кожи заставляют волоски шерсти вставать дыбом. Вот почему ваш пес зимой на улице может выглядеть крупнее и лохмаче, как после неудачной укладки. У людей такой мышечный ответ тоже происходит, но поскольку у нас почти нет шерсти, появляется только гусиная кожа.
В полярных регионах важную роль играет жировая ткань, которая служит одновременно изолятором и хранилищем энергии. У человека как минимум три типа жировой ткани: белая, бурая и бежевая. Молекулы жира во всех этих тканях плохо проводят тепло. И поэтому жир – прекрасный изолятор. В жировой ткани содержатся клетки разных типов: структурные клетки удерживают молекулы жира, другие осуществляют метаболические реакции, необходимые для нормального функционирования ткани. Взрослые люди в основном имеют белую жировую ткань, которая находится под кожей и окружает внутренние органы. Наличие бурого жира – особенность маленьких детей, но в виде отдельных вкраплений он встречается и у взрослых. В отличие от клеток белого жира, клетки бурого жира содержат множество митохондрий – крохотных органелл, которые перерабатывают энергию и выделяют тепло. Это означает, что бурый жир – не инертная ткань. Благодаря способности накапливать энергию, изолировать тело и производить тепло бурый жир может быть специфической адаптацией для тех, кто живет и работает в холодном климате. Бежевый жир в соответствии с названием представляет собой промежуточный вариант между двумя другими типами жировой ткани – как в отношении цвета, так и в отношении количества митохондрий в клетках.
Хотя наше тело реагирует на холод незамедлительно, некоторые внутренние реакции развиваются на протяжении недель или месяцев. В 2014 году исследователи из Университета Содружества Виргинии и Института Гарвана в Австралии провели эксперимент с пятью добровольцами, потребовавший от них немалых усилий. Все пять участников подписали четырехмесячный контракт на исследования, в процессе которых их жизнь строго контролировалась. В их пищевом рационе был рассчитан каждый компонент, и за их питанием строго следили. Каждый месяц проводились измерения их энергетического состояния, уровня сахара в крови и МРТ всего тела. Но была и тяжелая часть испытаний: на ночь в спальне они могли накрываться только одной простыней, а исследователи каждый месяц изменяли температуру в помещении. Сначала там была комнатная температура, потом ее понижали до 18 °C, а потом опять поднимали.
Результаты показали, как человеческий метаболизм изменяется в зависимости от температуры. После месяца холодных ночей у всех добровольцев оказалось на 42 % больше бурого жира, чем в предыдущем месяце. А к концу эксперимента количество бурого жира снизилось до исходного значения в начале эксперимента.
Эти экспериментальные результаты согласуются с наблюдениями за человеческими популяциями: люди, живущие в более холодных условиях, имеют более высокое содержание бурого жира, чем остальные. Недавние исследования позволили предположить, что клетки нашего тела реагируют на температуру и производят разные типы жиров. Холод напрямую воздействует на стволовые клетки во всем теле, заставляя их производить больше бурого жира, чем белого.
Акклиматизация к полярным условиям происходит в разных формах. Каждый раз, когда я прибываю в лагерь с теплой станции, поначалу мне все время холодно. Первым признаком акклиматизации для меня служит чувство голода утром, днем и ночью. Я даже просыпаюсь среди ночи от зверского голода. Через неделю в полевых условиях я начинаю привыкать к низкой температуре. Мне нужно все меньше и меньше слоев одежды. Обратная ситуация наблюдается при возвращении на станцию: после жизни в холодной палатке мне все время жарко.
Адаптационные механизмы такого рода подтверждаются как наблюдениями, так и экспериментами. При росте пять футов и четыре дюйма (163 см) и с крючковатым носом, обеспечившим ему прозвище Птичка, Генри Робертсон Бауэрс был одним из самых жизнерадостных и мужественных участников экспедиции капитана Роберта Фалькона Скотта. На “Терра Нове” он был кладовщиком и не гнушался никакой работы. По воспоминаниям участников экспедиции, у него неизменно было хорошее настроение: он почти всегда улыбался и оставался жизнерадостным даже в самых тяжелых ситуациях. Участники экспедиции знали о его распорядке дня. Побрившись, Бауэрс выливал себе на голову ковш ледяной воды. Он делал это не только в целях гигиены, но и в соответствии со своей теорией привыкания к холоду. Бауэрс полагал, что регулярное краткосрочное воздействие холода помогало ему приспособиться к жизни в Антарктике.
Недавние эксперименты показали, что рутинные процедуры Бауэрса не были просто причудой: мы действительно можем становиться нечувствительными к холоду. Когда в ходе экспериментов добровольцев подвергали холоду в разных условиях – помещали на какое‐то время в бассейн с ледяной водой или в холодную комнату, реакция их организма изменялась. Со временем люди привыкали к холоду и меньше дрожали, а их сосуды не так сильно перебрасывали кровь, как раньше при такой же температуре.
Изменение цикла света и темноты в полярных регионах тоже вносит сумятицу в человеческое тело и разум. Исследования, проведенные на полярных станциях в период зимней темноты, показали, что у людей изменяются циклы сна, уровня гормонов и энергии. На полярных станциях, таких как Мак-Мердо, искусственное освещение, режим питания и график работы дают людям ощущение суточного ритма, с которым синхронизируются тела. Но даже при такой настройке внутренние часы тела могут сбиваться из‐за изменения циклов сна и активности. Часто случается, что людям требуется вздремнуть в середине дня или они просыпаются готовыми к работе в два часа ночи.
Ярким примером может служить эксперимент с четырьмя полярниками, перезимовавшими в небольшом лагере в Антарктике. За их физиологическим состоянием следили круглосуточно на протяжении всего времени, пока они оставались в темноте. У них не было возможности определять время работы и приема пищи и не было сильного искусственного освещения, поэтому их внутренние часы находились в “свободном забеге”, как говорят специалисты по циркадным ритмам. Их гормональный цикл и цикл сна функционировали в соответствии с внутренними часами, которые не зависели от планетарных часов. У большинства участников эксперимента суточный цикл сна и бодрствования превысил 24 часа. С каждым днем они засыпали все позже и позже. Если в обычное время они укладывались спать в 10 вечера, то постепенно стали засыпать в 10:10, на следующий день в 10:20 и т. д. Время по их внутренним часам перестало соответствовать времени во внешнем мире. Через восемь недель их внутренние часы сдвинулись так, что они ложились спать рано утром.
Самая сложная задача для новичков в полярных экспедициях – оставаться в своем уме. Учитывая физические трудности в условиях экстремальной температуры и световые циклы, вносящие сумятицу в разум и тело, для успеха экспедиции руководитель должен научиться поддерживать моральный настрой и психологическое состояние команды. Знаменитый полярный исследователь (хотя и со спорной репутацией) Фредерик Кук так описал ситуацию на своем судне в Антарктике: “Здесь люди любят и ненавидят друг друга с такой силой, что это не поддается описанию. Убийства, самоубийства, голод, безумие, смерть во льдах и все дьявольские проявления становятся обычной картиной”.
Те из нас, кто привык к низким широтам, легко теряют связь с реальностью в странной обстановке и изоляции на полюсах. В экспедициях, работавших в Арктике и в Антарктике, были случаи, когда участники теряли психическое равновесие. Один участник аргентинской экспедиции поджег свой лагерь в Антарктике, когда узнал, что должен там перезимовать. Один русский полярник ударил ножом коллегу по антарктической экспедиции за то, что тот испортил корешки книг. В 1950‐е годы на станции Моусон один австралиец стал настолько опасен, что его заперли в холодильнике. Был еще врач, который в 1800‐е годы отравил собственного пациента – руководителя американской экспедиции к Северному полюсу Чарльза Холла. В отчетах об освоении обоих полюсов постоянно упоминаются депрессии, психозы, мятежи и убийства.
Широко известна первая фраза из романа Толстого “Анна Каренина”: “Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастливая семья несчастлива по‐своему”. Это утверждение справедливо для полярной работы в такой же степени, как и для семейной жизни. Экспедиции, в которых удалось минимизировать психологические проблемы и улучшить настрой команды, обычно следовали определенным правилам. Уроки, вынесенные из этого опыта, прошли проверку временем: на исследовательских станциях и в полевых лагерях в наши дни они столь же актуальны, как и на кораблях XIX века.
Джон, один из австралийцев в наших антарктических экспедициях, был ветераном работы на континенте. В составе новозеландской группы Маргарет Брэдшоу, исследовавшей этот район в 1980‐е годы, он мог посещать новозеландскую полярную станцию, находящуюся рядом с Мак-Мердо. Поскольку мы оставались на станции несколько недель, Джон в качестве развлечения организовал для нас посещение соседей и ужин. Мак-Мердо – это бурлящий Манхэттен по сравнению с новозеландской станцией, напоминающей тихую деревеньку в Вермонте: она меньше и спокойнее, чем Мак-Мердо, и украшена экспонатами из истории полярных исследователей от Эдмунда Хиллари до Маргарет Брэдшоу. В конце визита принимавший нас полярник провел нас в обширное помещение с изумительным видом на шельфовый ледник Росса. На станции Мак-Мердо в аналогичной комнате находится научная библиотека, но у новозеландцев здесь располагались витрины с костюмами, главным образом с женскими нарядами большого размера. Позднее я узнал, что на Мак-Мердо когда‐то тоже была похожая комната с костюмами.
Когда живешь в замкнутом пространстве постоянно при свете или постоянно в темноте, в тысячах километров от дома и в экстремальном климате, развлечения становятся благом. Путешественники XIX века знали, что разного рода представления, часто костюмированные, объединяют людей вокруг общих тем и укрепляют отношения. При отсутствии смены дня и ночи все дни на полярном календаре сливаются воедино, и праздники могут стать хорошими отметинами на однообразном фоне. Театрализованные представления, информационные бюллетени и специальные меню прерывают эти тоскливые циклы.
Во многих экспедициях было принято в праздники готовить особые блюда и печатать меню, в которых будничная полярная еда получала изысканные названия, а иногда к ней действительно добавляли что‐нибудь особенное, что брали с собой и хранили для таких случаев. Следуя этой традиции, во время полярной экспедиции Грили в 1891 году, когда была предпринята попытка достичь Северного полюса, участникам организовали традиционный рождественский ужин. В меню значились: “Суп из телячьей головы «под черепаху», лосось, фрикасе из кайры, язык мускусного быка под острым соусом, крабовый салат, ростбиф, гага, вырезка мускусного быка, картофель, спаржа, зеленая кукуруза, зеленый горошек, кокосовый пирог, желейный торт, сливовый пудинг под винным соусом, разнообразное мороженое, виноград, черешня, ананасы, фиги, финики, орехи, конфеты, кофе и шоколад”. Десерты для экспедиции Грили были предоставлены одним из щедрых нью-йоркских патронов, а наши рождественские блюда на антарктической базе столетие спустя закупаются в супермаркетах Trader Joe’s. В нашем продовольственном магазине есть шоколад, печенье и коробочки с бисквитами.
Для успешного проведения экспедиции центральное место в групповой жизни должно отводиться совместной трапезе. У всех есть какая‐то любимая еда, которая напоминает о доме. Американцам для поддержания духа может быть достаточно таких простых вещей, как картофельное пюре, макароны с сыром или пицца. Когда я интервьюирую будущих членов команды, я расспрашиваю их о любимых блюдах и пищевых ограничениях. В список продовольствия международной экспедиции для повышения настроения могут входить столь простые и разнообразные продукты, как чечевица, палочки “Твикс” с зеленым чаем или веджимайт[3].
Очевидно, что в условиях стресса и неопределенности жизненно необходимо давать людям понять, что их ценят и слышат и что их благополучие – приоритетная задача экспедиции. Команда называла Эрнеста Шеклтона Боссом, поскольку люди знали, что он готов на любые испытания ради их безопасности и во имя успеха общего дела. Именно это он и продемонстрировал в 1916 году, спасая команду “Эндьюранса” у острова Южная Георгия.
Вовлечение людей, включая самых молодых членов команды, в принятие решений придает им уверенность, помогающую преодолевать уныние, отчаяние и тоску по дому. Возможность отметить способности каждого члена команды – будь то умение рисовать, готовить блюда тайской кухни или рассказывать истории – это способ прерывать монотонность существования и добиваться сплоченности коллектива. А в небольшой команде чрезвычайно важно понимать, когда не нужно говорить. Часто лучше всего не обсуждать какие‐то вещи и оставить людям личное пространство. Опытные руководители и члены команды либо уже знают это, либо вынуждены осознавать в тяжелых ситуациях.