Ученые надеются предотвратить гибель людей от изменения климата, но жара и холод — более сложные явления, чем мы думали.
15 октября 2025 г.
Сегодня 25 июня, и я дрожу в выданном лабораторией нижнем белье в Форт-Уэрте, штат Техас. Либби Коугилл, антрополог в пушистой парке, привезла меня и мою койку в комнату с металлическими стенами, где температура держится на отметке 4°F. Сверху меня обдувает громкий вентилятор, а снизу через сетку койки вытягивает остатки тепла моего тела. Большой респиратор плотно прилегает к моему носу и рту. Устройство отслеживает уровень углекислого газа в выдыхаемом воздухе — показатель того, как ускоряется или замедляется мой метаболизм на протяжении всего эксперимента. В конце концов, Коугилл снимет с меня респиратор и вставит мне в нос тонкий, как проволока, металлический температурный датчик на несколько дюймов.
Коугилл и аспирант молча наблюдают за мной из угла своей так называемой «климатической камеры». Всего несколько часов назад я сидел рядом с ними и наблюдал, как другой волонтёр, 24-летний персональный тренер, терпит холод. Каждые несколько минут они измеряли температуру его кожи тепловизором, температуру тела беспроводным датчиком, а также кровяное давление и другие показатели, которые указывали на то, как его организм справляется с экстремальным холодом. Он продержался почти час, не дрожа; когда же подошла моя очередь, я почти час подряд дрожу на койке.
Я еду в Техас, чтобы узнать об этом эксперименте по изучению реакции разных организмов на экстремальные климатические условия. «Какой рекорд по скорости дрожи на данный момент?» — в шутку спрашиваю я Каугилл, пока она приклеивает биосенсоры к моей груди и ногам. Когда я выхожу из холода, она удивляет меня: «Ты, веришь или нет, был не самым худшим человеком, которого мы когда-либо видели».
Изменение климата заставляет нас задуматься о сложной науке взаимодействия наших тел с окружающей средой.
Коугилл — антрополог чуть старше 40 лет из Университета Миссури, которая в свободное время занимается пауэрлифтингом и преподаёт кроссфит. Она невысокая и крепкая, с тёмной чёлкой и геометрическими татуировками. С 2022 года она проводит лето в Научном центре здоровья Университета Северного Техаса, занимаясь этими непростыми экспериментами. Её команда надеется внести новаторские изменения в науку о терморегуляции.
Хотя мы в общих чертах знаем, как происходит терморегуляция у людей, наука о сохранении тепла или прохлады полна пробелов. «У нас есть общая картина. У нас нет конкретных данных об уязвимых группах», — говорит Кристи Эби, эпидемиолог из Вашингтонского университета, изучающая влияние жары на здоровье более 30 лет. «Как работает терморегуляция при сердечно-сосудистых заболеваниях?»
Связанная история
Почему климатологи измеряют температуру горного снега
Поскольку изменение климата приводит к все более непредсказуемой погоде, ученым необходимо точнее определять температуру снежного покрова, чтобы понимать, когда вода достигнет водохранилищ, а когда возникнет угроза их затопления.
«У эпидемиологов есть определённые инструменты, которые они применяют для ответа на этот вопрос, — продолжает Эби. — Но нам нужно больше ответов из других дисциплин».
Изменение климата подвергает уязвимых людей воздействию температур, которые выходят за рамки их возможностей. По оценкам, в 2023 году в Европе произошло около 47 000 смертей, связанных с жарой. Исследователи подсчитали, что изменение климата может добавить 2,3 миллиона дополнительных смертей от жары в Европе в этом столетии. Это повышает ставки в поисках ответа на вопрос о том, что происходит с организмом в экстремальных условиях.
Экстремальные температуры уже угрожают обширным территориям мира. Население стран Ближнего Востока, Азии и Африки к югу от Сахары регулярно сталкивается с температурой, превышающей общепринятые нормы человеческой переносимости. В некоторых районах юга США, Северной Европы и Азии сейчас также наблюдаются беспрецедентные низкие температуры: техасские заморозки 2021 года унесли жизни по меньшей мере 246 человек, а полярный вихрь 2023 года опустил температуру в самом северном городе Китая до рекордных гипотермических значений –63,4 °F.
Эти изменения уже наступили, и их будет ещё больше. Климатологи предсказывают, что ограничение выбросов может предотвратить распространение смертоносных экстремальных явлений в других местах. Но если выбросы сохранятся, сильная жара и даже холод проникнут глубже на каждый континент. Около 2,5 миллиардов человек в самых жарких регионах мира не имеют кондиционеров. Когда у людей есть кондиционеры, температура на улице может ещё больше повышаться, усиливая эффект острова тепла в густонаселённых городах. И ни кондиционеры, ни радиаторы не помогут, когда волны тепла и резкие похолодания приводят к обрушению электросети.
ПРЕДОСТАВЛЕНО МАКСОМ Г. ЛЕВИ
ПРЕДОСТАВЛЕНО МАКСОМ Г. ЛЕВИ
ПРЕДОСТАВЛЕНО МАКСОМ Г. ЛЕВИ«Хотите верьте, хотите нет, но вы были не самым худшим человеком, которого мы когда-либо видели», — сказали автору после того, как он прошел «климатическую камеру» Коугилла.
Благодаря экспериментам, подобным эксперименту Каугилла, исследователи по всему миру пересматривают правила, определяющие, когда крайности превращаются из неприятных в смертельные. Их выводы меняют наше представление о границах между жарой и холодом и о том, как выжить в новом мире.
Воплощенные изменения
Археологи уже давно знают, что когда-то мы преодолевали более холодные температуры, чем кто-либо мог себе представить. Люди проникли в Евразию и Северную Америку задолго до окончания последнего ледникового периода, около 11 700 лет назад. Мы были единственными гомининами, пережившими эту эпоху. Неандертальцы, денисовцы и Homo floresiensis вымерли. Мы не знаем наверняка, что погубило эти виды. Но мы знаем, что люди выжили благодаря защите, которую обеспечивала одежда, обширным социальным связям и физиологической гибкости. Устойчивость человека к экстремальным температурам заложена в нашем организме, поведении и генетическом коде. Без неё нас бы не было.
«Наши тела постоянно взаимодействуют с окружающей средой», — говорит Кара Окобок, антрополог из Университета Нотр-Дам, изучающая, как мы расходуем энергию в экстремальных условиях. Она тесно сотрудничала с финскими оленеводами и альпинистами Вайоминга.
Но связь между телами и температурой, как ни странно, до сих пор остаётся загадкой для учёных. В 1847 году анатом Карл Бергманн заметил, что виды животных становятся крупнее в холодном климате. Зоолог Джоэл Асаф Аллен в 1877 году отметил, что у обитателей холода более короткие конечности. Затем есть ещё и нос: в 1920-х годах британский антрополог Артур Томсон выдвинул теорию, что у людей в холодных местах относительно длинные, узкие носы, чтобы лучше нагревать и увлажнять вдыхаемый воздух. Эти теории возникли из наблюдений за такими животными, как медведи и лисы, а другие, последовавшие за ними, — из исследований, сравнивающих тела привыкших к холоду коренных народов с контрольными группами белых мужчин. Некоторые из них, например, те, что связаны с оптимизацией площади поверхности, действительно имеют смысл: кажется разумным, что высокое, худое тело увеличивает количество кожи, доступной для сброса избытка тепла. Проблема в том, что учёные никогда не проверяли это на людях.
«Наши тела постоянно взаимодействуют с окружающей средой».
Кара Окобок, антрополог, Университет Нотр-Дам
Часть наших знаний о переносимости температур основана на вековой расовой науке или предположениях о том, что всё контролируется анатомией. Но наука эволюционировала. Биология достигла зрелости. Детский опыт, образ жизни, жировые клетки и нестабильные биохимические механизмы обратной связи могут способствовать формированию представления о теле как о более податливом, чем когда-либо предполагалось. И это побуждает исследователей менять подходы к его изучению.
«Если взять кого-то очень высокого, долговязого и худого и поместить его в холодный климат, будет ли он сжигать больше калорий, чтобы согреться, чем кто-то низкий и широкий?» — спрашивает Окобок. «Никто это не учитывал».
Окобок и Коугилл объединились со Скоттом Мэддуксом и Элизабет Чо из Центра анатомических наук при Университете здравоохранения Северного Техаса в Форт-Уэрте. Все четверо — биологические антропологи, которые также задаются вопросом, верны ли правила, предложенные Бергманном, Алленом и Томсоном.
В течение последних четырех лет группа изучала, как такие факторы, как обмен веществ, жир, пот, кровоток и личный анамнез, контролируют терморегуляцию.
Связанная история
Почему кондиционирование воздуха — не тот злодей, который вредит климату.
Например, ваш родной климат может влиять на то, как вы переносите экстремальные температуры. Согласно уникальному исследованию статистики смертности, проведённому в Милане в 1980-х годах, итальянцы, выросшие на тёплом юге Италии, с большей вероятностью пережили периоды сильной жары на севере страны.
Аналогичные тенденции наблюдаются и в холодном климате. Исследователи часто оценивают холодоустойчивость человека по «бурой жировой ткани» – типу жира, специализирующемуся на выработке тепла (в отличие от белой, которая в основном запасает энергию). Бурая жировая ткань – это своего рода холодовая адаптация, поскольку она выделяет тепло, минуя механизм дрожи. Исследования связывают её с жизнью в холодном климате, особенно в молодом возрасте. Воутер ван Маркен Лихтенбельт, физиолог из Маастрихтского университета, который вместе с коллегами обнаружил бурую жировую ткань у взрослых, показал, что эта ткань может активироваться при воздействии холода и даже участвовать в регуляции уровня сахара в крови, а также влиять на то, как организм сжигает другие жиры.
Эта способность к адаптации послужила первой подсказкой для техасской команды. Они хотели узнать, как реакция человека на жару и холод коррелирует с ростом, весом и формой тела. В чём разница, спрашивает Мэддакс, между «мужчиной ростом 190 см и весом 114 кг» и кем-то в той же среде, «ростом 120 см и весом 39 кг»? Но команда также задавалась вопросом, не является ли форма лишь частью истории.
В их многолетнем эксперименте используются инструменты, которые антропологи не могли себе представить столетие назад, — устройства, отслеживающие метаболизм в режиме реального времени и анализирующие генетику. Каждый участник проходит компьютерную томографию (измерение формы тела), денситометрию (оценку процентного содержания жира и мышц), 3D-сканирование высокого разрешения и анализ ДНК слюны для генетического исследования происхождения.
Добровольцы, как и я, лежат на койке в нижнем белье около 45 минут в каждом климатическом режиме, все в разные дни. Сначала сухой холод, около 4°F, словно пытаешься залезть в холодильник. Затем сухое тепло и влажное тепло: 45°F при влажности 15% и 36°F при влажности 85%. Они называют это «поездкой в Вегас» и «поездкой в Хьюстон», — говорит Коугилл. Сеанс в камере достаточно продолжительный, чтобы оценить эффект, но достаточно короткий, чтобы быть безопасным.
До моей поездки в Техас Коугилл сказала мне, что, по её мнению, старые правила могут рухнуть. Например, исследования, связывающие переносимость температур с расой и этнической принадлежностью, кажутся ненадежными, поскольку современные биологические антропологи отвергают концепцию отдельных рас. Это ложная предпосылка, сказала она мне: «Никто в биологической антропологии не станет утверждать, что люди не различаются по всему миру — это очевидно для любого, у кого есть глаза. [Но] невозможно провести чёткие границы между популяциями».
Она добавила: «Я думаю, что существует высокая вероятность того, что мы потратим четыре года на тестирование и выясним, что на самом деле длина конечностей, масса тела, площадь поверхности […] не являются основными факторами, которые позволяют предсказать, насколько хорошо вы справляетесь с холодом и жарой».
Адаптируемый в определенной степени
В июле 1995 года из-за недельной волны тепла в Чикаго температура превысила 38 °C, что привело к гибели около 500 человек. Тридцать лет спустя Олли Джей, физиолог из Сиднейского университета, смог воспроизвести условия этой исключительно влажной волны тепла в климатической камере своей лаборатории.
«Мы можем смоделировать аномальную жару в Чикаго в 1995 году. Аномальную жару в Париже в 2003 году. Аномальную жару [в начале июля этого года] в Европе», — говорит Джей. «Если у нас есть данные о температуре и влажности, мы можем воссоздать эти условия».
«Каждый человек испытывает жару, поэтому у нас есть 8 миллиардов экспертов, которые знают, как охладиться», — говорит он. Однако наше внутреннее чувство, когда жара становится смертельно опасной, ненадёжно. Даже профессиональные спортсмены под наблюдением опытных медиков погибали, не заметив опасных предупреждающих знаков. И мало исследований было проведено, чтобы понять, как уязвимые группы населения, такие как пожилые люди, люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями и малообеспеченные слои населения с ограниченным доступом к охлаждению, реагируют на экстремальную жару.
Команда Джея исследует наиболее эффективные стратегии выживания в этой среде. Он критикует кондиционеры, утверждая, что они потребляют так много энергии, что могут усугубить изменение климата, замыкая «порочный круг». Вместо этого он следил за жизненными показателями людей, пока они с помощью вентиляторов и ингаляторов выдерживали три часа во влажной и сухой жаре. Результаты его исследования, опубликованные в прошлом году, показали, что вентиляторы снижают нагрузку на сердечно-сосудистую систему на 86% у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями в условиях влажной жары, привычной для Чикаго.
Связанная история
Стартап использует отходы и альтернативные виды топлива для производства цемента, сокращая выбросы парниковых газов в загрязняющей окружающую среду отрасли.
Совсем другое дело — сухое тепло. В этой симуляции вентиляторы не только не помогли, но и фактически удвоили скорость повышения температуры тела у здоровых пожилых людей.
Тепло убивает. Но не без борьбы. Ваше тело должно поддерживать внутреннюю температуру в узком диапазоне, отклоняющемся от 98 °F менее чем на два градуса. Сам факт того, что вы живы, означает, что вы вырабатываете тепло. Вашему телу необходимо отдавать это тепло, не накапливая его в больших количествах. Нервная система расслабляет узкие кровеносные сосуды вдоль кожи. Ваш пульс учащается, отливая больше теплой крови от органов к конечностям. Вы потеете. И когда этот пот испаряется, он уносит с собой поток тепла тела.
Эту терморегуляторную реакцию можно тренировать. Исследования Ван Маркена Лихтенбельта показали, что воздействие умеренного тепла увеличивает потоотделение, снижает артериальное давление и уменьшает частоту сердечных сокращений в состоянии покоя. Долгосрочные исследования, основанные на опыте посещения финских саун, показывают схожие корреляции.
Организм также может адаптироваться к холоду в качестве защитной реакции. В этом случае тепло тела — ваш спасательный круг. Дрожь и физические упражнения помогают согреться. Одежда тоже играет свою роль. Считается, что смертность от сердечно-сосудистых заболеваний резко возрастает в холодную погоду. Но люди, более приспособленные к холоду, по-видимому, способны лучше перенаправлять кровоток таким образом, чтобы поддерживать тепло органов, не допуская значительного понижения температуры конечностей.
Ранее в этом году биологический антрополог Стефани Б. Леви (не родственница) сообщила, что жители Нью-Йорка, пережившие более низкие средние температуры, имели более продуктивный бурый жир, что подтверждает идею о том, что внутренние процессы нашего организма приспосабливаются к климату в течение года, а возможно, и на протяжении всей нашей жизни. «Сохраняет ли наш организм биологическую память о прошлых сезонах?» — задается вопросом Леви. «Этот вопрос всё ещё остаётся открытым. Есть некоторые исследования на грызунах, которые подтверждают это».
Хотя люди, очевидно, акклиматизируются при достаточно интенсивном воздействии холода или жары, Джей говорит: «Вы достигаете своего предела». Взять, к примеру, потоотделение: воздействие тепла может увеличить потоотделение только до тех пор, пока ваша кожа полностью не пропитается влагой. Это непреодолимый физический предел. Любое дополнительное потоотделение означает лишь утечку воды, не отводя больше тепла. «Я слышал, что люди говорят, что мы просто найдём способ эволюционировать и выйти из этого состояния — мы биологически адаптируемся», — говорит Джей. «Если мы полностью не изменим форму тела, этого не произойдёт».
И форма тела может даже не влиять на терморегуляцию так сильно, как считалось ранее. Субъект, которого я наблюдал, персональный тренер, внешне казался приспособленным к холоду: его широкие плечи даже не помещались на одном снимке КТ. Каугилл предположил, что эта мышечная масса изолировала его. Однако, когда он вышел из своей сессии в 40 °F окружающей среды, он наконец начал дрожать — сильно. Исследователи накрыли его теплым одеялом. Он продолжал дрожать. Когда через час с лишним ехали на обед в раскаленной машине, он все еще упоминал, что ему холодно. Час спустя укол пальца не показал крови, что было признаком того, что кровеносные сосуды в его конечностях оставались суженными. Температура его тела упала примерно на полградуса по Цельсию во время холодной сессии — значительный спад — и его широкое телосложение, по-видимому, не защищало его от холода так же, как моя непроизвольная дрожь защищала меня.
Я спросил Каугилл, возможно, не существует такой вещи, как уникальная предрасположенность к жаре или холоду. «Безусловно», — ответила она.
Горячий беспорядок
Итак, если форма тела не многое говорит нам о том, как человек поддерживает температуру тела, и акклиматизация также имеет свои пределы, то как мы определяем, насколько жарко?
В 2010 году два исследователя изменения климата, Стивен Шервуд и Мэтью Хубер, утверждали, что регионы по всему миру становятся непригодными для жизни при температуре влажного термометра 35 °C, или 95 °F. (Измерения по влажному термометру — это способ сопоставить температуру воздуха и относительную влажность.) При температуре выше 35 °C человек просто не сможет достаточно быстро рассеивать тепло. Но оказалось, что их оценка была слишком оптимистичной.
По словам Дэниела Вечеллио, биоклиматолога из Университета Небраски в Омахе, исследователи «играли» с этим числом десять лет. «Но это число никогда не было фактически проверено эмпирически». В 2021 году физиолог из Университета штата Пенсильвания У. Ларри Кенни работал с Вечеллио и другими, чтобы проверить пределы влажного термометра в климатической камере. Лаборатория Кенни исследует, какие сочетания температуры, влажности и времени выводят организм человека за пределы нормы.
Вскоре после этого исследователи установили свой предел переносимости человеком по влажному термометру: ниже 31 °C в тёплых и влажных условиях для самой молодой группы, людей в расцвете сил терморегуляции. Их исследование показывает, что, например, температура в 38 °C и влажность 65% представляют опасность уже через несколько часов, даже для здоровых людей.
ДЖАСТИН КЛЕМОНС
ДЖАСТИН КЛЕМОНС
ДЖАСТИН КЛЕМОНСКоугилл и ее коллеги Элизабет Чо (вверху) и Скотт Мэддакс готовят аспирантку Джоанну Буй к «тесту при комнатной температуре».
В 2023 году Вечеллио и Хубер объединили усилия, объединив растущий арсенал лабораторных данных с передовыми климатическими моделями, чтобы предсказать, где жара и влажность представляют наибольшую угрозу для населения планеты: сначала Ближний Восток и Южная Азия, затем Африка к югу от Сахары и Восточный Китай. Если предположить, что потепление достигнет 3–4 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем в этом столетии, как и прогнозировалось, то следующими окажутся части Северной и Южной Америки, а также северной и центральной Австралии.
В июне прошлого года Вечеллио, Хубер и Кенни совместно опубликовали статью, в которой пересматривались пределы, предложенные Хубером в 2010 году. В статье «Почему не 35 °C?» объяснялось, почему человеческие пределы оказались ниже ожидаемых. В этих первоначальных оценках не учитывался тот факт, что температура нашей кожи может, например, быстро подниматься выше 101 °F в жаркую погоду, что затрудняет отдачу внутреннего тепла.
Группа ученых из Университета штата Пенсильвания опубликовала подробное исследование того, как меняется переносимость жары в зависимости от пола и возраста. У пожилых участников предел температуры по влажному термометру оказался ещё ниже — между 27 и 28 °C в тёплых и влажных условиях — и варьировался у разных людей сильнее, чем у молодых. «Условия, которые мы испытываем сейчас, особенно здесь, в Северной Америке и Европе, и в подобных местах, значительно ниже пределов, выявленных в ходе нашего исследования», — говорит Вечеллио. «Мы знаем, что жара сейчас убивает».
Вечеллио подчеркивает, что этот быстрорастущий массив исследований показывает, что риск жары нельзя определить только одной или двумя цифрами. В прошлом году он и исследователи из Университета штата Аризона составили 10% самых жарких часов в период с 2005 по 2020 год для каждого из 96 городов США. Они хотели сравнить результаты последних исследований влияния жары на здоровье с историческими метеорологическими данными, чтобы получить новый взгляд: как часто бывает настолько жарко, что организм человека не может её компенсировать? Более 88% этих «жарких часов» соответствовали этому критерию для людей, находящихся на открытом солнце. В тени большинство этих волн тепла становились значительно менее опасными.
«На самом деле, почти никому не нужно умирать во время аномальной жары, — говорит эпидемиолог Эби. — У нас есть инструменты. У нас есть понимание. По сути, все [эти] смерти можно предотвратить».
Больше, чем просто число
Спустя год после поездки в Техас я позвонила Каугилл, чтобы узнать её мнение после четырёх лет экспериментов в камерной камере. Она рассказала мне, что единственное правило, которого она сейчас придерживается в отношении горячего и холодного, — это… ну, вообще никакого.
Она вспомнила недавнего участника — самого маленького мужчину в исследовании, весом 114 фунтов (54 кг). «Он дрожал, как лист на дереве», — говорит Коугилл. Обычно человек, испытывающий сильную дрожь, быстро согревается. Температура тела может даже немного подняться. «Этот [парень] просто дрожал, дрожал и дрожал, и теплее не становилось», — говорит она. Она не знает, почему это произошло. «Каждый раз, когда мне кажется, что я представляю, что там происходит, к нам приходит один человек, и он становится своего рода полным исключением из правила», — говорит она, добавляя, что нельзя просто игнорировать, насколько сильно различаются человеческие тела внутри и снаружи.
Связанная история
Забудьте о центрах обработки данных — охлаждение — это настоящий зверь, потребляющий энергию.
Та же самая путаница усложняет исследования в области физиологии.
Джей стремится охватить все аспекты организма, совершенствуя физиологические модели жары и вызываемой ею нагрузки на человека. Он провел исследования, в которых учитывался уровень активности человека и тип одежды для прогнозирования температуры тела, обезвоживания и нагрузки на сердечно-сосудистую систему в зависимости от конкретного уровня жары. Таким образом, можно оценить риск для человека, основываясь на таких факторах, как возраст и состояние здоровья. Он также работает над физиологическими моделями для выявления уязвимых групп, информирования систем раннего оповещения о наступлении аномальной жары и, возможно, консультирования городов по вопросу о том, могут ли такие меры, как вентиляторы и аэрозоли, помочь защитить жителей. «Жара — это проблема всего общества», — говорит Эби. Таким образом, власти могли бы лучше подготовить население к похолоданию.
«Смерть — не единственное, что нас беспокоит», — добавляет Джей. Экстремальные температуры приводят к росту заболеваемости и создают дополнительную нагрузку на системы здравоохранения: «Есть ещё и последствия на уровне общества, которые мы совершенно не учитываем».
Изменение климата заставляет нас учитывать сложную науку о взаимодействии нашего организма с окружающей средой. Прогнозирование последствий для здоровья — дело масштабное и сложное.
Первая волна ответов из Форт-Уэрта появится в следующем году. Исследователи проанализируют тепловые изображения, чтобы получить более полную информацию о буром жире. Они решат, может ли, как предполагает Каугилл, форма тела влиять на переносимость температур не так сильно, как предполагалось ранее. «Человеческие различия — это правило, — говорит она, — а не исключение».
Макс Г. Леви — независимый журналист, пишущий о химии, здравоохранении и окружающей среде.
Источник: www.technologyreview.com
