НАУКА: Сердце крокодила

Автор: Дмитрий Шабанов

Расскажу историю, которая произошла несколько лет назад. Сейчас я пишу школьный учебник зоологии по программе, в составлении которой участвовал сам. Когда эта версия программы только задумывалась, я убеждал министерского работника [Не российского министерства, не волнуйтесь!], что перед систематическим изучением отдельных групп нужно рассмотреть достаточно большую тему, где будет рассказано о животных вообще.

"Хорошо, а с чего ее начать?" - спросил меня чиновник. Я сказал, что образ жизни животных определяется в первую очередь тем, что они едят и как передвигаются. Значит, надо начинать с разнообразия способов питания. "Вы что! - воскликнул мой собеседник. - Как я понесу такую программу министру? Он сразу спросит, зачем мы внушаем детям, что самое главное - это жрачка!"

Я попытался спорить. Вообще, разделение живых организмов на царства (животные, растения, грибы и прочие) связано прежде всего со способом питания, который, в свою очередь, определяет особенности их строения. Особенности многоклеточных животных - следствие того, что они нуждаются во внешних источниках органических веществ и при этом не впитывают их через поверхность тела, а поедают кусками. Животные - это существа, поедающие другие организмы или их части! Увы, мой собеседник был непреклонен. Министра будет в первую очередь интересовать воспитательный аспект программы.

Размышляя о том, как иначе организовать вводную часть, я сделал тогда непростительную ошибку. Следующей моей идеей стало предложение начинать изучение курса зоологии с разнообразия жизненных циклов. Когда мой собеседник понял, что в качестве "главного в жизни" я собираюсь рассматривать не еду, а размножение, он, кажется, решил, что я над ним издеваюсь… В конце концов я написал что-то, что, как я надеялся, никого не будет шокировать. Потом над этой программой поколдовали методисты, которые исправили в ней все, чего не понимали, и заменили формулировки такими, которые были в ходу в исторические эпохи, когда эти самые методисты учились в пединститутах. Потом злосчастную программу подправили чиновники, потом ее переосмыслили в духе новых руководящих указаний, потом… - в общем, пишу учебник по "собственной" программе и не устаю чертыхаться.

А вспомнил я эту печальную историю потому, что еще раз убедился: для животных таки самое главное - пресловутая "жрачка". Сравнивая разные группы наших родственников друг с другом, мы часто не осознаем, какие особенности привели их к успеху или неудаче. Знаете, например, что стало одним из главных козырей млекопитающих? Успевающий школьник назовет выкармливание потомства молоком, теплокровность, высокое развитие нервной системы или какое-нибудь еще свойство, которое стало возможным благодаря достаточному количеству энергии, получаемой с пищей. А один из главных козырей млекопитающих - строение челюстей и зубов!

Попробуйте пошевелить своей нижней челюстью: вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад. Ее "подвеска" допускает движение во всех трех плоскостях! К тому же на челюстях млекопитающих сидят зубы, строение которых определяется той задачей, что им отведена, - пронзать, давить, перетирать, резать, дробить, откусывать, рвать, удерживать, грызть, мять, поддевать, размалывать, скоблить, etc. Наши челюсти - эволюционный биомеханический шедевр. Кроме млекопитающих, почти никакие наземные позвоночные не способны откусывать от пищи куски! К немногим исключениям принадлежит архаичная гаттерия, способная отпилить челюстями голову птенцу буревестника, и черепахи, отказавшиеся от зубов в пользу рогового ножницеобразного клюва. И хищные птицы, и крокодилы не откусывают куски пищи, а попросту отрывают - упираясь когтями (первые) или крутясь всем телом (вторые).

Кстати, о крокодилах - эта колонка посвящена прежде всего им. Благодаря изощренным экспериментам биологов из Университета Юты удалось узнать кое-что новое о функционировании сердца этих пресмыкающихся. Но прежде - еще несколько слов о школьной биологии.

Некоторые особенности подачи биологического материала сохранились с тех времен, когда школа должна была формировать материалистическое мировоззрение, пропагандируя эволюцию. Вообще говоря, факт эволюции не имеет особого отношения к дилемме "материализм-идеализм" (отказываясь на словах от замшелого диамата, мы почему-то до сих пор придаем чрезмерное значение этой сомнительной дихотомии). Увы, когда вместо современных представлений об эволюции преподаются какие-то лежалые догмы, это только наносит естественнонаучному мировоззрению ущерб. К числу таких догм относится линейное представление об эволюции. Подумайте, история позвоночных - это "куст" из многих ветвей, каждая из которых шла своим путем, приспосабливалась к своему образу жизни. А школьный учитель, перепрыгивая с ветки на ветку этого куста, строит прогрессивную последовательность из "типичных представителей": ланцетник-окунь-лягушка-ящерица-голубь-соба-ка. Но лягушка никогда не пыталась стать ящерицей, она живет своей жизнью, и без учета этой жизни (и предыстории лягушек) понять ее невозможно!

Что расскажет школьный учитель о крокодилах? Он использует их для иллюстрации утверждения, что наипрогрессивнейшими являются животные с четырехкамерным сердцем и "теплокровностью" (гомойотермные). И - смотрите, дети! - у крокодила четырехкамерное сердце, почти-почти как у млекопитающих и птиц, вот только осталось одно лишнее отверстие. Мы своими глазами видим, как крокодил хотел стать человеком, но не дошел, остановился на полпути.

Итак, крокодил имеет четырехкамерное сердце. Из правой его половины кровь идет к легким, из левой - к большому кругу кровообращения (к органам-потребителям полученного в легких кислорода). Но между основаниями отходящих от сердца сосудов находится брешь - паницциево отверстие. В нормальном режиме работы сердца часть артериальной крови переходит через это отверстие из левой половины сердца в правую половину и попадает в левую дугу аорты (посмотрите на рисунок, чтоб не запутаться в право-левых отношениях!). От левой дуги аорты отходят сосуды, идущие к желудку. От левого желудочка отходит правая дуга аорты, питающая голову и передние конечности. А затем дуги аорты сливаются в спинную аорту, которая и обеспечивает кровоснабжение всего остального тела. Почему так сложно?

Для начала разберемся, зачем вообще нужно два круга кровообращения. Рыбы обходятся и одним: сердце - жабры - органы-потребители - сердце. Тут ответ ясен. Легкие не выдержат того давления, которое нужно, чтобы прокачать кровь через все тело. Именно поэтому правая (легочная) половина сердца слабее левой; потому-то нам и кажется, что сердце расположено в левой части грудной полости. Но почему часть крови, текущей по большому кругу кровообращения (от левой половины сердца), проходит у крокодилов через правую, "легочную" часть сердца и левую дугу аорты? У человека неполное разделение потоков крови может вызываться пороком сердца. Зачем такой "порок" крокодилам? Дело в том, что сердце крокодила - не недоделанное сердце человека, оно "задумано" сложнее и может функционировать в двух разных режимах! Когда крокодил активен, обе дуги аорты несут артериальную кровь. Но если паницциево отверстие закрыть (а крокодилы "умеют" это делать), в левую дугу аорты пойдет венозная кровь.

Традиционно такое устройство объясняют тем, что оно якобы позволяет затаившемуся на дне крокодилу отключать легочное кровообращение. Венозная кровь при этом отправляется не в легкие (которые все равно невозможно вентилировать), а сразу в большой круг - по правой дуге аорты. В голову же и к передним ногам пойдет несколько "лучшая" кровь, чем к другим органам. Но если легкие отключены, много ли толку гонять кровь по кругу?

Американские биологи придумали, как проверить давнее предположение о том, что крокодилы перебрасывают кровь из одного круга кровообращения в другой не ради того, чтобы затаиться, а ради лучшего переваривания пищи (углекислый газ - субстрат для производства кислоты железами желудка). Исследователи убедились, что у здоровых молодых аллигаторов в процессе переваривания пищи по левой дуге аорты (той, которая снабжает кровью пищеварительную систему) течет венозная, обогащенная углекислотой кровь. Затем они начали вмешиваться в работу сердца подопытных крокодилов хирургическими методами. У некоторых из них принудительно блокировалась переброска венозной крови в левую дугу аорты; с другими проводилась операция, имитирующая такое вмешательство. Эффект оценивался путем измерения активности желудочной секреции и путем рентгеновского наблюдения за перевариванием проглоченных крокодилами бычьих позвонков. Кроме того, в несчастных аллигаторов помещали полупроводниковые сенсоры, позволявшие измерять их температуру тела. В результате этих манипуляций удалось убедительно подтвердить выдвинутую гипотезу - переброс венозной крови в большой круг кровообращения усиливает выработку кислоты в желудке и ускоряет переваривание пищи.

Крокодилы способны питаться достаточно крупными жертвами, заглатывая добычу целиком или большими кусками (помните, что мы говорили об устройстве челюстей?). Температура тела этих хищников непостоянна, и если они не успеют переварить добычу достаточно быстро, они попросту отравятся ею. Усложненное строение кровеносной системы и ее способность работать в двух разных режимах - способ активизировать переваривание. И свое предназначение пищеварительная система крокодилов оправдывает: на сериях рентгеновских снимков видно, как в желудках хищников "тают" в кислоте солидные бычьи позвонки!

Итак, теперь мы знаем, что главное в жизни крокодилов. Какие цельные все-таки существа!