Пламенный насос. Естественная история сердца - Билл Шутт

Как следствие, у людей развилась дополнительная адаптация, чтобы увеличить отток венозной крови из ног. Это сокращение мышц голени: икроножной и камбаловидной. Сквозь брюшки этих мышц (самая толстая срединная часть) проходят крупные вены, которые несут кровь от ступней обратно к сердцу. Когда эти мышцы сокращаются – например когда вы тянете стопу книзу, – они сжимают вены и кровь, текущую в них. Это увеличивает давление внутри сосудов (снова представьте, как вы сжимаете длинный воздушный шарик, наполненный водой), которое направляет кровь вверх. Этот механизм, мышечно-венозная помпа, работает все время, так как отдельные пучки мышечных волокон постоянно сокращаются и расслабляются без вашего на то разрешения.

Как и следовало ожидать, длинные ноги жирафа доставляют ему множество проблем, связанных с системой кровообращения. Но, кроме того, в их шеях, которые достигают длины до 1,8 метра, тоже возникают и преодолеваются серьезные проблемы, связанные с венозным возвратом к сердцу. Когда жирафы опускают головы, чтобы напиться, легко вообразить, что существует опасность скопления крови в сосудах головы и мозга. К счастью, это предупреждается серией примерно из семи клапанов в каждой из двух яремных вен, которые несут лишенную кислорода кровь от головы к сердцу. Из-за этих клапанов кровь, покинувшая опущенную голову жирафа, не может течь назад, точно так же как не может течь обратно вода, удаленная насосом из вашего подвала. И чтобы создать дополнительную подъемную силу для крови, противостоящей гравитации, в стенках яремных вен жирафа намного больше мышц, чем у большинства других млекопитающих, – и сокращение этих мышц помогает венозной крови двигаться вверх.

Со стороны же артерий проблемы, с которыми встречается самое высокое млекопитающее, совершенно иные. Вы можете подумать, что, когда жирафы опускают головы, кровь, находящаяся и без того под высоким давлением, может получить дополнительный толчок от силы тяжести и устремиться в голову наподобие Ниагарского водопада. Однако та кровь, что переносится сонными артериями, поступает в плотную сосудистую сеть верхней части шеи. Известная как rete mirabile (лат. «чудесная сеть»), эта система увеличивает площадь сечения сосудов, снижая артериальное давление. Если что-то звучит знакомо – да, это очень похоже на то, как снижается артериальное давление в капиллярном русле. В этом случае rete mirabile предотвращает внезапное повышение давления, которое произойдет, когда жираф склонится, чтобы попить – положение, способное привести голову метра на три ниже сердца. Когда жираф поднимает голову, сосуды сети сокращаются, посылая кровь к мозгу в обход ее.

Как я уже упоминал, наши долговязые друзья сталкиваются еще с одной проблемой, когда дело доходит до их сверхдлинных ног. В основном из-за силы тяжести в артериях, проходящих через ноги жирафа, давление может подниматься до 350 мм рт. ст.31 Такое огромное давление может привести к отекам – это аномальное накопление жидкости, иначе говоря, задержка воды. Подобное происходит, когда плазма, жидкая часть крови, проходит через тонкие стенки капилляров и попадает в окружающие ткани. Однако эволюция решила эту проблему для жирафов, создав толстую, плотно прилегающую шкуру на ногах. Это приспособление работает по тому же принципу, что и компрессионные чулки, которые носят люди. И то и другое предотвращает отек, снижая кровоток в сосудах конечностей[51].

Множество подобных адаптаций, связанных с давлением, можно найти у других длинношеих существ, таких как окапи, верблюды и страусы, многие из которых служат дополнительными примерами конвергентной эволюции. Очевидно, что существуют проблемы, связанные с ростом, и эволюция изменила ряд ранее стандартных анатомических особенностей, чтобы справиться с ними.

Еще немного остановимся на теме сверхразмерных существ – мы живем в мире, где ограничения, налагаемые законами физики, предписывают: большинство киношных чудовищ моего детства на самом деле не могли бы существовать никогда. На ум сразу приходит Мотра, чешуекрылое размером с дирижабль. Хотя открытая система кровообращения, обнаруженная у насекомых, прекрасно подходит для маленьких и легких, мы видели, что она просто неприменима для гигантов. Но опять же, исключения бывают.

Наиболее впечатляющие из них – примерно 120 видов королевских крабов (семейство Lithodidae), которые могут достигать веса в 18 килограммов и размаха ног почти два метра. Еще одно водное размерное исключение – гигантский моллюск Tridacna gigas, способный сдвинуть стрелку весов на положение соответствующее примерно 250 килограммам, ширина которого может достигать более 1,2 метра. Их способность достигать подобных размеров связана со стационарным (сидячим) образом жизни, относительно низкими затратами энергии и, соответственно, низкими энергетическими потребностями[52].

Однако королевские крабы ведут более активный образ жизни. Ключевой фактор, позволяющий им стать огромным исключением из правил, – то, что они живут в морской воде, где ограничивающее влияние силы тяжести намного меньше, чем в воздухе.

Тело гигантского краба в океане испытывает притяжение гравитации, но из-за подъемной силы воздействие, тянущее его вниз, уменьшается. Это означает, что крабу требуется меньше усилий, чтобы стоять и передвигаться в водной среде, и открытая система кровообращения может удовлетворить его потребности в энергии и питательных веществах. Но, поскольку подъемная сила в воздухе намного меньше, если бы вы вытащили королевского краба на пляж, он оказался бы недостаточно сильным, чтобы поддерживать тело, противостоя гравитации. Открытая система кровообращения не сможет и обеспечить повышенные метаболические требования такого гигантского организма, даже если он сумеет пережить путешествие на пляж.

Так что – да, есть некоторые исключения из правила размера, но такие явления следует ожидать в животном царстве, разнообразие которого может удивить даже экспертов[53].