Существует два основных источника биологической энергии для человеческого организма: углеводы и жиры. Углеводы обеспечивают наш организм «быстрой» энергией, которая может потребоваться, например, во время спринта за уходящим автобусом. Жиры расщепляются медленнее и дают больше энергии в течение продолжительных нагрузок. Дополнительно они выполняют в организме некоторые другие функции, но главная их роль — «топливная».
Жиры, или липиды, — это органические вещества, один из главных компонентов питания. Жидкие жиры обычно называют маслами, и содержатся они в основном в растениях. Твердые жиры, как правило, животного происхождения. Есть и исключения: например, кокосовое масло — твердое, а рыбий жир — жидкий.
Консистенция жира зависит от содержащихся в его составе жирных кислот. Они, в зависимости от структуры молекулы, бывают насыщенными (их много в твердых жирах) и ненасыщенными (этих больше в маслах). Насыщенные жирные кислоты «забиты под завязку» атомами водорода и в нашем организме малоактивны, поэтому быстрее откладываются в жировой ткани. В ненасыщенных же есть «вакантные места», что обеспечивает им большую химическую активность.
Жиры известны человечеству с древнейших времен, но их химический состав раскрыли только в XVIII веке, а искусственно синтезировать жиры научились в середине XIX века. Первым искусственным жиром, полученным методом нагревания глицерина с жирной кислотой, был тристеарин, содержащийся во многих растительных маслах — например, масле какао.
Насыщенные и ненасыщенные жиры важны для здорового питания. В организме они выполняют структурную функцию: в состав оболочки любой клетки обязательно входят липиды, а состоящий преимущественно из жиров миелин покрывает нервные волокна и ускоряет проведение сигнала. Также жиры служат материалом для синтеза многих гормонов (например, «мужского» тестостерона), переносят вещества (к примеру, жирорастворимые витамины), защищают внутренние органы от смещения, переохлаждения и повреждений.
Главная роль липидов в человеческом организме — «топливная»: при расщеплении одного грамма жиров выделяется девять килокалорий энергии. Для сравнения при расщеплении грамма белков мы получаем пять с половиной килокалории, углеводов — только четыре килокалории.
При переваривании пищевые жиры эмульгируются (разбиваются на очень мелкие капли под воздействием желчи), гидролизируются (в присутствии ферментов расщепляются на жирные кислоты и глицерин) и всасываются в кровь, а та разносит их по всему организму. При окислении жирных кислот выделяются молекулы аденозинтрифосфата, или АТФ, — универсальный источник энергии для всех клеток нашего организма.
Энергия тратится на поддержание любых функций организма: от работы сердца и дыхания до утренней пробежки или вечернего чтения книги. Даже во сне мы используем энергию, хоть и медленнее, чем при бодрствовании. Неудивительно, что в здоровом организме есть энергетический резерв в виде углевода гликогена, запасаемого преимущественно в печени, и жировой ткани, хранящей жиры на крайний случай. Как итог, даже человек среднего веса может продержаться без еды около месяца: сначала в дело пойдут гликогеновые запасы, затем начнут расщепляться жировые.
В день здоровому взрослому человеку нужно съедать примерно по грамму жира на каждый килограмм массы тела. Недостаток жиров в рационе приводит к гормональному дисбалансу и нарушениям в работе нервной системы, ослабляет иммунитет и провоцирует преждевременное старение, тогда как их избыток — причина развития ожирения, нарушений пищеварения и проблем с сердечно-сосудистой системой.
Природных жиров множество, и с давних пор человек постоянно сталкивался с ними, когда срезал сало с добытого зверя или давил масло из растительных семян. Многие животные используют жиры активнее, чем человек. Так, для верблюда его наполненный жиром горб — источник энергии и воды, позволяющий ему не пить и не есть в течение нескольких недель, а толстый слой подкожного жира пингвина позволяет ему плавать в ледяных водах Антарктики.
Жиры позволяют некоторым видам животных обходиться без пищи долгие месяцы. Например, бурые медведи к концу осени могут на треть прибавить в весе, нарастив 15-сантиметровый слой подкожного жира. Эти запасы позволяют им провести в зимней спячке около четырех месяцев, а беременным медведицам — еще и выкормить детенышей, которые обычно появляются на свет в конце января.
Существуют и более оригинальные методы применения жиров. Например, акулам их крупная жирная печень (жира в ней около 90%!) помогает удерживаться на плаву без наполненного воздухом плавательного пузыря. У дельфинов наполненная жиром «дыня» в передней части головы выступает в качестве акустической линзы, помогая им фокусировать издаваемые щелчки для точной ориентации в пространстве. Это называется эхолокацией: слушая отраженные от предметов щелчки, дельфин может даже в мутной воде определить, что находится впереди.
Особое место среди животных жиров занимает ворвань — жидкий жир, получаемый из некоторых морских животных, таких как киты, тюлени и тресковые рыбы. Киты — одни из самых «жирных» животных на планете: толщина подкожного сала у них может достигать нескольких десятков сантиметров, а общий вес жировой ткани — половины от общего веса тела! В течение столетий ворвань была одним из основных продуктов китобойного промысла: ее использовали для заправки ламп и изготовления свечей, она входила в состав смазки для первых поездов и лакокрасочных материалов.
Массовый забой китов привел к тому, что в середине XIX века популяции большинства крупных видов поредели. При этом спрос на ворвань оставался высоким. Решение пришло с суши: керосин. Сначала его научились получать из битума и каменного угля, а затем из нефти. Керосин в лампах горел не хуже ворвани, а его производство обходилось дешевле. В итоге масштабы китобойного промысла резко пошли на спад.
Еще один продукт китобойного промысла — спермацетовое масло. Это жир, получаемый из спермацетового мешка кашалотов, который находится у них в голове. Самому животному это «масло» помогает искать добычу на многокилометровой глубине и контролировать собственную плавучесть, а вот люди охотно применяли его для производства свечей и смазок, в медицине и даже в парфюмерии.
Впрочем, ворвань еще почти столетие применялась в промышленности. Из нее получали глицерин, ее использовали для смазки гребных винтов подводных лодок и добавляли в косметику. В фильме «Москва слезам не верит» 1979 года советские девушки смеялись над китовым кремом, после которого «такое ощущение утром, ну просто девочка встала — ни одной морщинки!» Лишь в 1980-х коммерческая добыча китов почти полностью прекратилась, и постепенно натуральные ворвань и спермацет начали заменять искусственными аналогами, получаемыми в том числе силами нефтехимической промышленности.