Специфика растительной пищи
Растительные корма имеют ряд особенностей. С одной стороны, они легко доступны для потребления. Однако с другой, они не так выгодны для усвоения, как корма животного происхождения — растительные корма значительно уступают им по питательной ценности. Кроме того, такой основной структурный компонент растения, как целлюлоза (или клетчатка) у большинства животных не расщепляется из-за отсутствия в их пищеварительных соках фермента целлюлазы. Фермент этот синтезируется только бактериями и одноклеточными, а также частью беспозвоночных.
Млекопитающие неспособны к этому. Поэтому чтобы они могли использовать растения в качестве пищи, животным необходима помощь микроорганизмов-симбионтов.
Использование в пищу грубых растительных кормов способствовало возникновению некоторых изменений органов пищеварения. Так, у травоядных млекопитающих произошло изменение зубной системы, увеличение и усложнение пищеварительной системы, образование преджелудков, слепой кишки.
Это можно наблюдать у таких представителей животного мира, как лошади и кролики. В их длинном кишечнике присутствует набор бактерий, которые частично переваривают волокна целлюлозы. Но наиболее эффективно использовать энергию, запасенную растениями, научились представители подотряда парнокопытных млекопитающих — жвачные.
Человек — травоядное или хищник?
Большое исследование, проведенное группой физиологов из Гарвардской школы здравоохранения, работавшей под руководством доктора медицины Эн Пана, показало, что опасения вегетарианцев абсолютно обоснованны: потребление красного мяса четко коррелировано с более высоким риском смерти от сердечно-сосудистых заболеваний, некоторых видов рака и болезней обмена, а замена мяса млекопитающих блюдами из рыбы и домашней птицы, напротив, существенно снижает этот риск.
Результаты исследования опубликованы в Archives of Internal Medicine — журнале Американской медицинской ассоциации.
В анализе долговременных эффектов от мясной диеты Эн Пан и его коллеги опирались на статистическое исследование, масштаб которого впечатляет: в общей сложности в нем приняли участие 37 698 мужчин и 83 644 женщины, состояние здоровья которых наряду с диетой отслеживалось на протяжении 28 лет во второй группе и 22 лет — в первой. За это время в двух обследуемых группах было зафиксировано 23926 смертей, из них 5910 — от сердечно-сосудистых болезней и 9464 — от рака.
«Мы обнаружили, что более высокий уровень потребления красного мяса связан с существенным увеличением смертности от этих болезней, и эта связь прослеживается как в случае заранее обработанного, так и свежеприготовленного мяса, с более высоким показателем корреляции для заранее обработанного.
При замене красного мяса рыбой, овощами и домашней птицей наблюдалась обратная зависимость — снижение смертности», — комментируют результаты исследования авторы.
Исследование показало, что в общей сложности продолжительность жизни падает на 13% при ежедневном потреблении порции свежеприготовленного мяса размером чуть меньше ладони и на целых 20% при ежедневном потреблении порции заранее обработанного — одного хот-дога или двух полосок бекона. По заболеваниям, ставшим причиной смерти в обеих группах, зависимость рисков от потребления красного мяса оказалась следующая: риск сердечно-сосудистых заболеваний возрастал на 18% и 21% для свежего и обработанного мяса соответственно, рака — на 10% и 16%.
Приведенные цифры можно считать статистически нейтральными, то есть очищенными от таких наблюдаемых в процессе исследования переменных факторов, как возраст, индекс массы тела, физическая активность и наследственная предрасположенность к сердечно-сосудистым и онкологическим болезням.
Важно также, что все наблюдаемые члены групп были физически здоровы на момент начала исследования.
Во второй части анализа авторы оценили совокупный эффект от замены красного мяса другими продуктами питания. Выяснилось, что риск смерти при исключении красного мяса из рациона понижался, если ежедневную порцию мяса заменить на порцию рыбы (на 7%), домашнюю птицу (на 14%), орехи (на 19%), овощи (на 10%) и злаки (на 14%).
«Также мы выяснили, что 9,3% смертей среди мужчин и 7,6% среди женщин можно было предотвратить в обследуемый период времени, если бы все участники сократили объем ежедневно потребляемого красного мяса на 50%», — резюмируют исследователи.
Другими словами, примерно три с половиной тысячи мужчин и около шести тысяч женщин, участвовавших в исследовании, дожили бы до момента публикации статьи, сократи они хотя бы наполовину свои мясные аппетиты.
В состав красного мяса и особенно мясных субпродуктов входят насыщенные жиры, нитриты, натрий и белковое железо, уже давно занесенные медиками в красный список веществ, существенно повышающих риски хронических заболеваний сердца и сосудов, диабета, а также канцерогены, которые образуются в процессе обработки мяса — жарки, тушения, консервации, и т.д.
Структура желудка коровы
Строение желудка у всех жвачных животных (коз, овец, коров и прочего КРС) довольно сильно отличается от желудков других представителей класса млекопитающих. Но наиболее сложное строение имеет желудок коровы. У коровы желудок один, но он имеет 4 отдела или 4 камеры:
- рубец;
- сетка;
- книжка;
- сычуг.
Первые три отдела являются частями пищевода, по сути, можно сказать, что пищевод трехкамерный. Рассмотрим строение пищеварительной системы коровы и отделов ее четырехкамерного желудка.
Губы, язык и зубы служат для захвата, срывания и измельчения растительной пищи. Главным подающим пищу органом у коровы является язык. Он устроен так, что с его помощью корова эффективно захватывает траву, листья и другие травянистые корма.
Как животные питаются растениями
С трудом. Растительная пища очень тяжела для усвоения. Именно поэтому, кстати, она и доступна – по принципу «видит око, да зуб неймет». Казалось бы, какая проблема – заходи в лес, открывай рот и ешь! Но не всё так просто.
- Во-первых, клетки растений покрыты прочными оболочками, состоящими из очень плохо переваривающихся
углеводов (например, целлюлозы). Чтобы добраться до содержащейся внутри клетки цитоплазмы, оболочку нужно как-то разрушить, а это очень нелегко сделать. - Но даже если какой-нибудь медвежатник вскроет целлюлозный сейф, его будет ждать большое разочарование – внутри тоже ничего интересного нет. В растениях относительно мало белка
, а ведь это самое лакомое питательное вещество. - А тот белок, что есть, беден некоторыми аминокислотами
. Например, в растениях мало лизина – незаменимой аминокислоты, которую нельзя сделать в организме животного, можно только съесть – а где её есть-то? В растениях же ее мало…
Можно только посочувствовать травоядным: их жизнь – это непрерывный тяжелый труд. Но ребята как-то справляются; дальше будем говорить, как.
Способ первый, тупой: процеживание
Самые бесхитростные травоеды разрушают целлюлозные оболочки механически – челюстями. Так работают большинство листоядных насекомых – гусениц, кузнечиков, жуков. Проблема в том, что как бы тщательно они ни пережевывали пищу, раскусить каждую клетку
у них не получается, поэтому эффективность такого питания невысока – очень многие съеденные клетки выпадают с калом нетронутыми. Чтобы наскрести хоть сколько-нибудь белков, необходимых для роста, гусеницы/кузнечики пропускают через свой кишечник громадное количество растительной массы.
Аналогично тли и щитовки пропускают через себя громадное количество сладкой воды. Эти насекомые проникают своими хоботками непосредственно в сосуды флоэмы растения, откуда получают сладкую воду под давлением (даже сосать не надо). Но сахар – это только источник энергии
, которая тлям особо и не нужна – они малоподвижны. А вот
белки
для построения тела (и неудержимого размножения) – очень нужны. Можно сказать, что тля «процеживает» флоэмный сок в поисках золотых крупинок белка, что найдет – жадно оставляет, а опостылевшую сахарную воду – выбрасывает.
Этой особенностью тлей пользуются муравьи, которые с удовольствием пьют сладкую жидкость, выделяемую тлями. Некоторые виды муравьев идут дальше – отправляются за тлями в далекие путешествия, приносят их поближе к своему муравейнику и выпускают на растения. Затем охраняют тлей от их естественных врагов – божьих коровок, а когда наступает зима – прячут ценных животных в своем муравейнике, чтобы те не замерзли. Короче – ухаживают, как люди за коровами или козами.
А потом, соответственно, доят: в книгах пишут, что муравей подходит к тле, легонько постукивает по ней своими усиками, и тля послушно выделяет капельку сладкой жидкости – кушай, муравей-батюшка. Прекрасную идиллию разрушает один простой вопрос: откуда
тля выделяет сладкую жидкость? – Из анального отверстия, конечно! Можно сказать, что тля просто обкакалась от страха. С ее стороны это вполне нормальное поведение: очень многие насекомые при нападении на них выделяют что-нибудь эдакое.
Способ второй, промежуточный: смена питания
Пчелы, бабочки, шмели и другие насекомые, питающиеся нектаром, во взрослом состоянии, выходит, получают только энергию в виде углеводов, и совсем не получают белковой пищи. Поэтому и живут они недолго (в организме накапливаются поломки, починить которые невозможно – нет белков). Личинки
же всех этих насекомых питаются растениями – гусеницы бабочек поедают листья, а личинки пчел – смесь меда с пыльцой (пергу), т.е. белки в их рационе все же есть.
Детям для роста и развития очень желательно получать пищу, богатую белками. У растительноядных млекопитающих
таким полноценным питанием является молоко: белок молока
казеин
содержит полный набор незаменимых аминокислот. Откуда мама-корова возьмет этот полный набор – это ее проблема, но ребенок-теленок будет питаться так же, как львы и волки – полноценной белковой пищей (в коровьем молоке около 3% казеина, в человеческом – около 0,7%).
Что же делать растительноядным птицам? Не волноваться – ведь начальные стадии развития птенца прошли внутри яйца, где с аминокислотами никаких проблем не было. А после вылупления из яйца – кормить детей животной пищей – насекомыми. (В рационе взрослого воробья насекомые составляют около 15%, а в рационе птенцов воробья – около 60%. Таким образом, при выращивании потомства зерноядные воробьи истребляют огромное количество насекомых-вредителей и приносят сельскому хозяйству больше пользы, чем вреда.)
Способ третий, хитрый: симбиоз
Большинство травоядных для разрушения целлюлозной клеточной стенки растений использует бактерий, обладающих необходимым для этого ферментом (целлюлазой). В пищеварительных системах таких животных есть два участка: в одном бактерии переваривают траву, а в другом – животные переваривают бактерий (какое низкое коварство!)
Наилучшим образом этот способ реализован у жвачных: сначала у них идет отдел для бактерий и простейших (рубец
), которые переваривают траву: бактерии разрушают целлюлозные оболочки клеток и съедают цитоплазму, затем простейшие съедают бактерий.
Сетка
(вырост рубца) делит пищу: мелко измельченная масса идет дальше в
книжку
, а недожеванная трава отрыгивается назад в рот для дополнительного пережевывания (какая жвачка лучше всего помогает от кариеса?)
Пища, пережеванная во второй раз, без дальнейших церемоний поступает сразу в книжку. Между ее листочками пища (то, во что она теперь превратилась) окончательно перетирается и идет в сычуг
, который по своей работе соответствует «обыкновенному» (например, нашему с вами) желудку. В сычуге корова невозмутимо переваривает простейших (а они-то радовались жизни! В рубце было так хорошо – тепло, влажно, полно еды! Но за все надо платить…)
Все остальные травоеды не смогли найти такого же простого и ясного решения, как жвачные, поэтому им приходится всячески изощряться. У нас с вами сначала
идет наше переваривание (желудок и тонкая кишка), а в
последнем
отделе (толстой кишке) живут бактерии (в основном кишечная палочка). В толстом кишечнике
наше
переваривание уже не происходит – это отдел для всасывания воды, так что вся переработанная бактериями трава им же самим и достается. Таким образом, мы используем растительную пищу далеко не на полную мощность, поэтому и не можем питаться только травой, как это делают коровы.
Термиты едят древесину, поэтому представляют большую опасность для деревянных построек – если в деревянном доме завелись термиты, значит дому скоро конец. (Слово «термит» на греческом и означает «конец», и слово «Терминатор» произошло от того же корня.) В кишечнике термитов симбиоз двойной
: там живут жгутиковые простейшие гипермастигины, которые переваривают древесину за счет своих собственных симбионтов – бактерий. Этот зоопарк у термитов, как и у нас, находится в последнем отделе кишечника (в котором всасывается вода и формируется кал). Термиты периодически двигают этот кал назад в среднюю кишку, где и происходит переваривание бактерий. Вся эта операция происходит внутри организма, незаметно для окружающих.
У зайцев и кроликов незаметно не получилось. Бактериальное переваривание травы (а зимой – коры) у них тоже происходит после
собственного – в слепой кишке, находящейся на границе между тонкой и толстой. При нормальном пищеварении пища из слепой кишки должна идти в толстую, затем в прямую и выбрасываться, и зайцы так и делают. Что же, осталось тепло попрощаться и отпустить сытых бактерий на волю, как это делаем мы? Но зайцы не могут быть такими добрыми, поскольку у них нет под рукой магазинов, полных колбасы. Поэтому они, как и термиты, возвращают кал в желудок и кишечник, и очень простым способом – они его съедают. Следовательно, у них бывает два вида кала – один прошел через пищеварительную систему один раз, а другой – два раза. Зайцы, естественно, хорошо различают эти два вида и съедают только первый.
Откуда симбионты внутри животного берут азот для дополнительных белков
Проблема процеживания, с которой сталкиваются тупые тли из первого способа, стоит, на самом деле, перед всеми растительноядными животными
: углеводы (источник энергии для того, чтобы с диким мычанием бегать кругами по полю) имеются у них в избытке, а вот бицепсы и трицепсы накачивать – нечем. Это «нечем», как указано в начале статьи, состоит из двух частей: во-первых, растения бедны белками, а во-вторых, растительные белки бедны некоторыми аминокислотами.
А как же бактерии-симбионты в желудке коровы/термита – разве они не кудесники? – На такой случай у французов есть пословица: «чтобы сделать рагу из зайца, надо иметь хотя бы кошку». Теоретически, бактерии могут делать белки самостоятельно, но практически – в растительной пище слишком мало необходимого для этого азота
. Стало быть, проблема – где взять азот.
- Просеивать, просеивать, и просеивать: добывать из пищи белки, а все остальное – выбрасывать с калом.
- Большинство растительноядных с удовольствием съест что-нибудь животное: домашние лошади ловят и поедают крыс, северные олени – леммингов и полевок (а так же с удовольствием гложут сброшенные рога)… Но такие мелочи, конечно, не спасают.
- В нашей атмосфере содержится 80% газообразного азота, но для синтеза белков он подходит плохо – слишком стойкое вещество. Атомы в молекуле азота держатся друг за друга аж тремя прочными связями, и разорвать эти объятия – задачка непростая. Решить ее способны лишь некоторые азотфиксирующие
прокариоты (бактерии и цианеи) – они и являются главным источником атомов азота (и, в конечном счете, белков) для коровы и ей подобных. Азотфиксаторы, прямо как в клубеньках у бобовых растений, «фиксируют» (добывают) азот из воздуха, содержащегося в коровьем желудке. Небольшой трудностью можно считать лишь то, что воздуха в желудке у коровы не слишком много. - Фиксаторам можно помочь: добавить в пищу коровы источник азота – мочевину. И на этом месте у меня возникает вопрос, на который я не знаю ответа: ведь мочевина
постоянно и в больших количествах образуется внутри самой коровы, а потом – удаляется с мочой. Почему великий и ужасный естественный отбор не догадался отправить часть этой мочевины в желудок?
Еще можно почитать
Статья, написанная на другой стороне баррикад: «Как растения защищаются от травоядных животных»
Кроме «Почему мочевина не может из крови коровы выделиться в ее же желудок?» к естественному отбору существует еще множество других вопросов.
Подробный рассказ о том, что бактерии делают в нашем кишечнике.
Каким из вышеприведенных трех способов питания растениями пользуются вегетарианцы?
© Д.В.Поздняков, 2009-2020