Пламенный насос. Естественная история сердца - [10]
Следующий организационный уровень тела – это орган. Каждый из ваших органов выполняет как минимум одну определенную функцию, а часто намного больше. Каждый орган состоит по крайней мере из двух различных типов тканей, а некоторые более крупные органы, включая сердце, могут состоять из всех четырех типов. Хотя сердце, почки и печень проще воспринимать как органы, в эту категорию попадают и кровеносные сосуды, поскольку они состоят из эпителиальной, соединительной и мышечной тканей и выполняют функцию транспортировки и распределения крови.
На вершине этой иерархии организации тела находятся системы органов, такие как кровеносная или пищеварительная. Они состоят из множества органов, задействованных в какой-то общей функции или функциях. В случае нашей кровеносной системы органы – это сердце, артерии, капилляры и вены, участвующие в транспортировке крови по всему телу.
Как и другие органы, кровеносные сосуды состоят из слоев клеток. Мышечные клетки, чаще называемые мышечными волокнами или миоцитами, образуют внутренний слой, ограниченный с обеих сторон эпителиальной тканью. Когда мышечные волокна сокращаются, жидкость внутри сосуда сжимается и движется – представьте, что ваши пальцы сжимают центр вытянутого шара с водой. Ученые полагают, что именно так вода и в конечном счете кровь начали переноситься с места на место внутри организмов, которые с течением эволюционного времени становились все больше.
Как развивался этот процесс? По одной из гипотез, примерно 500 милионов лет назад некоторые клетки, получившиеся из свежевозникшей мезодермы какого-то неизвестного организма, развили способность уменьшать свою длину – то есть сокращаться. Чтобы это произошло, в какой-то момент сократительные белки внутри клетки должны были выстроиться рядом друг с другом. Получив источник энергии, эти белки (подобные актину и миозину, обнаруженным в мышцах человека, в том числе в сердечной мышце) начали скользить мимо друг друга в противоположных направлениях. Если миллионы молекул делали это одновременно, то клетки, в которых они собрались, сокращались вместе с окружающими структурами. Затем, когда сократительные белки скользили обратно в прежние положения, клетки расслаблялись и возвращались к своей изначальной, досократительной длине.
Однако 500 милионов лет назад первые сократительные клетки были намного проще, чем наши мышечные клетки – миоциты (или миофибриллы). Кроме того, они не могли впервые возникнуть в кровеносных сосудах, поскольку ни крови, ни сосудов, которые ее транспортируют, тогда не существоало – хотя, безусловно, существовала вода, и с ее помощью вещества могли перемещаться в организм и из него. Даже сейчас сократительные белки, которые находятся внутри нормальных клеток организма, образуют жизненно важную часть внутренней транспортной системы клетки. Ученые полагают, что у некоторых доисторических существ клетки, содержащие древние сократительные белки, могли собираться в трубки, образуя примитивные системы «кровообращения». Эти сократительные трубки позволили перемещать воду и вещества, содержащиеся в ней, – и, намного позже, кровь – с места на место внутри все более крупных организмов. С появлением таких новшеств, как система кровообращения с сократительным органом, новые «типы на районе» относительно быстро[19] разделялись на мириады форм, таких как сегментированные черви, моллюски и, через некоторое время, хордовые – подмножество которых, позвоночные, составляет подавляющее большинство читателей этой книги.
По пути эти существа, оснащенные подобными приспособлениями, превзошли многие организмы, у которых не было таких систем, и последние вымерли. Хотя и не все. Кораллы, медузы и гребневики отделились от остальных беспозвоночных до развития мезодермы, производящей мышцы. Хотя они не унаследовали мышечную ткань от своих предков, представители типа Cnidaria развили свои собственные эволюционные преимущества, такие как токсины и жалящие клетки, чтобы отгонять хищников. Благодаря этому они смогли жить припеваючи.
Системы кровообращения развивались не в вакууме – хоть и стали, безусловно, революционными. Кровеносные сосуды – это прекрасно, но важной причиной успеха организмов, обладающих системами кровообращения, было то, что они развили и другие системы органов, в частности дыхательную. Формируясь и функционируя в тандеме, эти две системы решили проблему перемещения большого количества газов в тело и из него – и в результате они позволили организмам, подобным хордовым, справиться с энергетическими затратами, связанными со все более сложными процессами и поведением.
Большинство дыхательных систем состоят в основном из аппаратов газообмена, таких как жабры или легкие. Их основная функция – облегчать поглощение кислорода, который необходим для жизнеобеспечения химических реакций, происходящих в организме. Эти реакции известны как метаболические процессы, а в совокупности они называются метаболизмом организма. Один из самых важных среди этих процессов – высвобождение полезной энергии из пищи, которую мы едим. По мере процесса пищеварения питательные вещества из еды расщепляются на более мелкие молекулы, такие как углеводы, жиры и белки. Благодаря процессу под названием клеточное дыхание, глюкоза из сахара (углевод) преобразуется в аденозинтрифосфат (АТФ), энергетическую валюту клетки. Мышечные волокна и другие клетки обладают способностью разрушать химические связи, удерживающие АТФ вместе, и эта энергия может потом использоваться как топливо для таких процессов, как восстановление, рост и сокращение мышц. Чрезвычайно важно, что химические реакции, участвующие в этом молекулярном распаде и высвобождении энергии, требуют кислорода. А обеспечивают его приток в организм как раз жабры и легкие.
