Пламенный насос. Естественная история сердца - Билл Шутт

Амфибии – жабы, лягушки и саламандры – проводят в воде как минимум некоторые стадии жизни (а кое-кто остается в ней почти всю жизнь), но от рептилий это не требуется, хотя, например, морские черепахи изменили образ жизни на полностью водный. Однако и на суше, и на море у них имеется существенное отличие в функции системы кровообращения: у рептилий легкие полностью взяли на себя роль жабр. Это стало возможно потому, что, в отличие от амфибий, рептилии никогда не проходят стадию водной личинки (как головастики лягушек и жаб). Это важное различие впервые обнаружили в начале XIX века, и в результате лягушек, жаб и саламандр поместили в собственный филогенетический класс «амфибии», отделив от рептилий, с которыми их объединяли ранее.

С точки зрения эволюции особое внимание рептилий к наземному существованию не было чем-то плохим, поскольку это означало, что эти существа более не зависели от необходимости найти подходящий водоем, в котором они могли бы спариваться, откладывать яйца или развивать своих головастиков – особенно потому, что у них не было головастиков. Это позволило им перемещаться в места обитания, расположенные дальше от водоемов, что предоставляло возможности для использования новых видов пищи и одновременно снижало риск столкновения с хищниками. Однако из-за этого рептилии потеряли влажную кожу своих предков, поскольку стало жизненно важно сохранять воду, содержащуюся в их телах, и не позволять ей испаряться. В результате их кожа чаще всего сухая, иногда чешуйчатая и абсолютно не подходит для кожного дыхания.

Как уже упоминалось, есть одна характерная, общая и для амфибий, и для рептилий, черта – трехкамерное сердце, в котором смешивается насыщенная и бедная кислородом кровь. Но, хотя эта особенность и дает представление об их тесных эволюционных связях, на самом деле есть ряд небольших вариаций между сердцами пресмыкающихся и земноводных. Однако ключевая разница между сердцами рептилий (кроме крокодилов) и амфибий заключается в том, что у рептилий единственный желудочек хотя бы частично разделен перегородкой.

Пожалуйста, имейте в виду, что, как и предыдущее описание систем кровообращения насекомых, все нижеследующее будет обобщением. Словом, оставайтесь с нами и внимательно изучите рисунок ниже. У ящериц, когда предсердия сокращаются, два потока крови (лишенная кислорода кровь из правого предсердия и насыщенная кислородом кровь из левого предсердия) поступают в левую сторону желудочка. Помните, в нем есть неполная перегородка. В левой части желудочка лишенная кислорода кровь задерживается справа, а насыщенная кислородом – слева (и да, некоторое количество богатой и бедной кислородом крови смешивается). Когда желудочек сокращается, дезоксигенированная кровь направляется через отверстие в перегородке в правую сторону желудочка, а оттуда в легочную артерию (которая, к счастью, находится рядом) и далее в легкие. Одновременно, когда желудочек сокращается, насыщенная кислородом кровь в этой камере откачивается через пару аорт и поступает в тело[59]. Ух ты!

У одного отряда рептилий, у крокодилов (аллигаторы, крокодилы и узкорылые гавиалы), легочные и системные круги кровообращения полностью разделены. То же самое верно и для птиц – на самом деле близкородственного им классу позвоночных. Крокодилы и птицы – единственные известные ныне живущие архозавры (самыми знаменитыми представителями этой группы были динозавры). Их четырехкамерные сердца сходны, но не идентичны тем, что обнаружены у млекопитающих.

Сердца крокодилов, птиц и млекопитающих, с четырьмя камерами, разделенными клапанами, предотвращающими обратный поток, и перегородкой, разделяющей левую и правую стороны, образуют не просто насос, но пару насосов и пару кругов кровообращения. В легочном круге кровь, потерявшая кислород, возвращается из тела в правое предсердие, проходит в правый желудочек и отправляется в легкие. В системном круге обогащенная кислородом кровь возвращается из легких в левое предсердие и проходит в толстостенный левый желудочек, который сокращается, выталкивая ее в тело. В результате богатая и бедная кислородом кровь не смешивается, и насыщенная кислородом кровь не разбавляется лишенным этого газа аналогом.

Однако, в конце концов, независимо от того, имеют ли сердца позвоночных две, три или четыре камеры и смешивается ли какая-то часть богатой и бедной кислородом крови, эти адаптации действительно очень хорошо работают для существ, которые ими обладают.

Одна особенность, общая для всех животных: для того, чтобы выжить, они должны быть хорошо приспособлены к своему ареалу, к окружающей среде. Однако нередко условия этой среды меняются – иногда резко, иногда значительно, и очень часто и то и другое разом. Для некоторых созданий экстремальные условия – норма: засушливые пустыни, влажные дождевые леса, разреженный воздух горных вершин или сокрушительное давление в глубине океана. В других местах обитания в разные сезоны просто внезапно сильно меняется температура или количество воды. Кровеносная система играет ключевую роль в способности животных (включая человека) переживать экстремальные условия окружающей среды. Удобно, что многие из адаптаций, которые позволяют организмам справляться с этими крайностями, также помогают нам лучше понять, как работают сердца и системы кровообращения, и увидеть, что даже самые сложные и эффективные из этих систем потерпят неудачу, если выйти за пределы их возможностей. В уже скомпрометированном сердце эта неудача может быть катастрофической.

Большую часть тридцатилетней карьеры я провел, изучая летучих мышей. Хотя в основном люди, к счастью, вышли за рамки стереотипного представления о летучих мышах-кровососах (только три из 1400 видов питаются кровью, и все виды летучих мышей имеют больше общего с людьми, чем с грызунами), для многих летучие мыши остаются существами, окутанными тайной. Обыватель знает об этих преимущественно ночных млекопитающих только то, что многие из них впадают в спячку. Как мы вскоре увидим, зимняя спячка – это прежде всего стратегия кровообращения: сжигающая энергию система, которая переносит кислород и питательные вещества, вынуждена замедляться, чтобы приспособиться к периодам – зачастую длительным, – когда вокруг холод и негде найти пищу.

Однако обстоятельства отвлекают меня от изучения темы адаптации летучих мышей к холоду. На Лонг-Айленд и Нью-Йорк обрушилось, по выражению местных метеорологов, «опасное снижение температуры». Отчасти причиной того, что похолодание заслужило ярлык «опасного», стали многочисленные сообщения о людях, умирающих от инфаркта и, реже, от переохлаждения – состояние у людей, при котором температура тела падает ниже 35 °C.