Пламенный насос. Естественная история сердца - [15]

В конце концов примерно 7 % павших жертвой отравления тетродотоксином умирают, судя по историям болезни, в полном сознании и, скорее всего, прекрасно понимая, что съесть роллы «Калифорния» недельной давности или даже палочки для еды было бы лучшей идеей, чем съесть икру мечехвоста или рыбу фугу, ставшие их последней пищей[28]¹⁶.

Но кроме перспективы стать едой или оказаться переработанными на удобрения или наживку мечехвосты сталкиваются еще с одной уникальной угрозой своему выживанию.

Американский мечехвост Limulus polyphemus и три его индотихоокеанских родственника, хоть и называются в английском языке крабами[29], на самом деле вовсе не крабы. Однако, как и настоящие крабы, они – членистоногие, представители чрезвычайно разнообразного типа животных, который включает насекомых, пауков и ракообразных с одной общей чертой – сочлененными экзоскелетами. И – что критически важно для мечехвоста – у них у всех открытая система кровообращения. Она значительно отличается от замкнутых систем кровообращения, обнаруженных у синих китов, людей и примерно 50 тысяч других видов млекопитающих, рыб, амфибий, рептилий и птиц. Как мы вскоре увидим, некоторые беспозвоночные, например дождевые черви, осьминоги и кальмары также имеют замкнутые системы кровообращения, хотя они сильно отличаются от тех, которые встречаются у существ, отягощенных позвоночником.

В замкнутых системах кровообращения кровь покидает сердце через крупные артерии, которые разветвляются на ряд все более мелких артерий и еще более мелких артериол. Артериолы проходят через органы и мышечную ткань и тоже разделяются на еще более мелкие сосуды, капилляры. Эти крошечные трубки составляют примерно 80 % общей длины кровеносной системы, и именно в плотных сетях под названием капиллярные русла происходит обмен веществ между кровью и телом. Как уже упоминалось ранее, кислород из легких или жабр и питательные вещества, поглощенные пищеварительной системой, проходят через тонкие стенки капилляров и попадают в окружающие ткани. Одновременно продукты обмена веществ, такие как углекислый газ и аммиак, диффундируют в кровь и переносятся обратно к сердцу сначала крошечными венулами, а затем все более крупными венами.

У жаберных позвоночных, таких как рыбы, некоторые саламандры и все личинки земноводных, лишенная кислорода кровь прокачивается через жабры, где углекислый газ диффундирует в окружающую воду, а новая порция кислорода – в кровь. Как вы, не-дышащие водой, возможно, заметили, где-то на пути от рыб к сухопутным видам произошла довольно серьезная модификация дыхательной системы, чтобы обеспечить обмен кислородом и углекислым газом с воздухом, а не с водой. Природа этой модификации? Легкие.

Об этой истории мы поговорим позже.

Однако, независимо от того, насыщается ли кровь кислородом в жабрах или в легких, у замкнутых систем кровообращения есть одна общая черта – кровь всегда ограничена замкнутой петлей. Не так обстоит дело с большинством беспозвоночных, включая мечехвоста. В их открытых системах кровообращения жидкость (называемая гемолимфой, а не кровью) тоже покидает сердце через артерии[30]. Но, вместо того чтобы течь в капилляры, гемолимфа выливается из сосудов в полости тела, называемые гемокоэлями, где она омывает органы, ткани и клетки, с которыми вступает в контакт. Там гемолимфа путем диффузии отдает питательные вещества, одновременно подбирая продукты распада. Многие открытые кровеносные системы еще и обмениваются кислородом и углекислым газом, хотя, как мы увидим в следующей главе, насекомые – существенное исключение из этого правила.

Хотя жабры навечно связаны в нашем сознании с рыбами, они стали органами дыхания многих беспозвоночных, в том числе мечехвостов. Это еще один пример конвергентной эволюции: хотя позвоночные и беспозвоночные эволюционировали отдельно, и те и другие используют диффузию, чтобы втянуть кислород в примерно одинаково расположенные жаберные мембраны, которые часто напоминают сложенные страницы книги. У членистоногих гемолимфа оттекает от жабр и головы и возвращается к сердцу с помощью системы кровообращения. А у мечехвостов к этому моменту гемолимфа претерпевает дополнительную трансформацию. Из молочно-белой она становится красивой небесно-голубой.

«Голубая кровь» мечехвостов и других беспозвоночных, таких как головоногие, моллюски, омары, скорпионы и тарантулы, приобрела свой цвет из-за присутствия белка на основе меди под названием гемоцианин. Переносимый в гемолимфе в растворенном виде, гемоцианин захватывает кислород всякий раз, когда вступает с ним в контакт. Когда медь окисляется, она становится синей – и так же, покидая жабры, синеет гемолимфа, подвергаясь той же химической реакции, которая придает покрытой медью поверхности статуи Свободы ее знаменитый сине-зеленый оттенок.

За исключением упомянутых выше голубокровных, практически у всех других существ с системой кровообращения кислород переносит молекула гемоглобина. В ней кислород связывается с атомом железа, а не с медью. И в отличие от гемоцианина, гемоглобин не плавает свободно в крови. Он переносится специализированным типом клеток – эритроцитами, которые проводят свой примерно четырехмесячный цикл жизни, собирая гемоглобин из тканей вокруг кровеносной системы