Пламенный насос. Естественная история сердца - Билл Шутт

От щетинохвосток с двунаправленными кровеносными сосудами до гигантских кальмаров с тремя сердцами: удивительное разнообразие беспозвоночных четко отражается в их сердцах и системах кровообращения. Хотя окаменелая летопись мягкотканых структур предоставляет гораздо меньше материала для исследователей, изучающих раковины, кости и подобные штуки, совершенно ясно, что системы кровообращения эволюционировали в различных группах животных многократно и многообразно. То есть, хотя мы и можем исследовать родственные связи между группами животных и работу органов, подобных тем, что составляют их системы кровообращения, все же трудно определить происхождение кровеносных структур, таких как гемокоэль, вспомогательные сердца или, если уж на то пошло, гемолимфа, которая их заполняет.

В последующих главах мы вернемся к позвоночным, и проследить пути эволюции будет проще. Это потому, что количество моделей кровообращения у них гораздо более поддающееся исчислению и изучению, а кроме того, существует относительно четкая ископаемая летопись переходов, происходящих между рыбами, амфибиями и наземными позвоночными, такими как рептилии, птицы и млекопитающие. В конце концов, на сегодняшний день известно всего около 65 тысяч видов позвоночных, тогда как видов одних только жуков примерно в 5,5 раза больше. Конечно, системы кровообращения позвоночных тоже варьируют, и многие различия возникли при переходе от водного к наземному образу жизни. И опять же, многие из этих адаптаций помогут проиллюстрировать ограничения и компромиссы, с которыми сталкиваются позвоночные – существа, места обитания которых различаются от чернильно-черных океанских глубин до охотничьих угодий на высоте тысячи футов над поверхностью земли.

Я рос на южном берегу Лонг-Айленда и провел значительную часть детства и подросткового возраста, ловя рыбу у окрестных доков и пляжей. Вездесущие «резиновые капли», приросшие к пирсам и докам возле моего дома, были куда менее интересны, чем синие крабы, иглобрюхи и камбала. Эти капли часто называют «морскими брызгами» за их способность извергать из воронкообразных сифонов потоки воды – обычно когда их отрывают от пристанища, чтобы разглядеть, – в чем иногда был повинен и я. Однако я и понятия не имел, что с точки зрения эволюции эти похожие на картофелины шары были куда ближе ко мне и моим друзьям, чем к синим крабам, которых мы вылавливали с помощью сетей и фар.

Протохордовые – термин, который используется для описания нескольких групп беспозвоночных, считающихся ближайшими родственниками позвоночных. Протохордовые включают в себя несколько морских видов, например похожих на головастиков ланцетников (подтип бесчерепные) и миниатюрные желеобразные бочки под названием «асцидии» (они же оболочники или личиночнохордовые). Хотя трудно увязать внешность взрослых асцидий с синими китами или людьми, ученые полагают, что их личинки дают близкое представление о том, как выглядел предок первого позвоночного. Теперь, в продолжение нашей истории, мы узнаем, как эволюция изменила сердца позвоночных и как из простой трубки наших далеких протохордовых родственников возникло все разнообразие форм, включая четырехкамерное сердце синих китов и настырных двуногих, ответственных за то, что последние почти вымерли.

Личинки асцидий не имеют ничего общего со своими взрослыми формами: у них есть хвосты, которые позволяют перемещаться удлиненным телам, придавая им вид неких безголовых головастиков – который никогда не завоюет популярность у настоящих головастиков. В конце концов, пловцы, когда-то считавшиеся совершенно отдельным от взрослых асцидий видом, прицепляются к доку или подобной поверхности. Их все более студенистые тела рассасывают хвосты, отращивают пару впускных и выпускных сифонов и проводят остаток жизни, фильтруя планктон и детрит.

Хотя и это превращение из подвижного в неподвижный организм интересно, самая, возможно, захватывающая вещь в асцидии – ее сердце. Ученые, например Аннетт Хеллбах из Института биохимии Общества Макса Планка, считают, что трубчатое сердце асцидии – предшественник сердца позвоночных, особенно потому, что в нем есть электрическая проводящая система, которая позволяет обоим типам сердец генерировать свой собственный ритм ударов. Хеллбах и ее коллеги обнаружили, что сердце асцидии «сокращается от одного конца к другому, останавливается на короткое время, а потом начинает сокращаться в другом направлении»[54] 32. Ученые также выделили клетки, которые располагаются на протяжении трубчатого сердца и реагируют на химические соединения, снижающие частоту сердечных сокращений. Эти клетки очень похожи на водители ритма, которые мы обсуждали раньше, обнаруженные у людей и других позвоночных животных.

Мы прерываем эту историю для краткой консультации на тему эволюции: читатели не должны пасть жертвой мнения, что термин «предшественник» (вроде использовавшегося выше) подразумевает, будто именно этот вид асцидий развился в то, что можно считать первым позвоночным пловцом. Скорее идея заключается в том, что древний предок современных асцидий мог развить достаточно приспособлений (например, отбросил стадию взрослой двугорлой банки и сформировал опорный стержень на дорсальной стороне), чтобы в случае, если какие-то люди спустя полмиллиарда лет найдут его окаменелость, они могли бы решить, что это создание больше нельзя классифицировать как протохордовое, и это хордовое[55], вполне возможно, древняя рыба.

Рыбы, амфибии и рептилии дают возможность бегло взглянуть, вероятно, на величайший сюжет естественной истории, начавшийся в море примерно 500 миллионов лет назад. Существует множество прекрасных книг, посвященных пересказу этой истории в замечательных деталях, – я особенно рекомендую «Внутреннюю рыбу» Нила Шубина[56]. Через притирки и старты, катаклизмы и удачные прорывы ветвистое дерево эволюции позвоночных привело некоторых из этих созданий от водного к наземному образу жизни, от обитания в неглубоких, теплых, бедных кислородом заводях до робкой, но в конечном счете успешной колонизации земли, моря и воздуха. Но для того, чтобы это могло случиться, в типичных для рыб системах органов должны были сформироваться серьезные эволюционные изменения, особенно в кровеносной и дыхательной.