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[31]. Поскольку эритроциты содержат железо, а не медь, они не синеют, окисляясь. Они становятся красного цвета. Если эти клетки кажутся вам знакомыми, то это потому, что еще одно их название – красные кровяные клетки. И если изменение цвета, связанное с кислородом, что-то напоминает – это та же самая реакция окисления, которая происходит, когда железная ограда подвергается воздействию атмосферного кислорода и становится ржаво-красной.
Так почему же, спросите вы, у людей и других позвоночных нет голубой крови? Ответ, скорее всего, связан с размером тела и эффективностью переноса кислорода. Большие тела требуют больше кислорода, и гемоглобин лучше приспособлен для обеспечения им: каждая молекула гемоглобина может нести четыре молекулы кислорода, тогда как гемоцианин – только одну. Поэтому со временем организмы, чья кровь содержала гемоглобин, смогли эволюционировать в существа с более крупными телами, чем те, которые использовали гемоцианин.
Мы прерываем эту главу для важного объявления, касающегося гемоглобина. Гемоглобин гораздо сильнее притягивается к молекулам монооксида углерода (CO), чем к кислороду (O2) – и это серьезная проблема для людей. Из-за этого даже небольшие количества СО – бесцветного газа без запаха, который выделяют автомобильные двигатели, газовые приборы (например, обогреватели) и дровяные печи, особенно опасны. На самом деле потенциальное присутствие окиси углерода опасно настолько, что если у вас или у кого-то из ваших близких в доме или квартире еще нет детектора окиси углерода, то оторвитесь от чтения этой книги и купите его.
Я подожду…
Ладно, на чем я остановился?
В замкнутых системах кровообращения, подобных нашей, кровь, возвращаясь из тела, поступает непосредственно в сердце через крупные вены: верхнюю и нижнюю полые вены. Это происходит во время фазы сердечного цикла под названием «диастола», когда желудочки расслабляются после того, как сократились и вытеснили содержимое из сердца во время фазы, называемой систолой. Поскольку у мечехвостов открытая система кровообращения и нет вен, насыщенная кислородом кровь, покидающая жабры, должна поступать в сердце по-другому, сначала втекая в резервуар, окружающий его, – в перикардиальную полость[32].
Каким же образом кровь попадает в сердце мечехвоста после того, как заполнит перикардиальную полость? Прежде всего само сердце подвешено в полости перикарда с помощью ряда эластичных лент, называемых крыловидными связками. Они тянутся к сердцу и крепят внешние его стенки к внутренней части экзоскелета, или панциря, членистоногого. Когда сердце сокращается (во время систолы), крыловидные связки растягиваются, как резиновые ленты, накапливая энергию упругости. После того как сердце выбрасывает содержимое, оно расслабляется (диастола), и энергия упругости связок тянет стенки сердца назад, возвращая его к предсократительному объему.
31
Гемоглобин также содержится в некоторых клетках, не относящихся к красным кровяным, например, в ранее упомянутых астроцитах мозга.
32
Читатели должны обратить внимание, что полость перикарда в замкнутой системе кровообращения (которая упоминалась ранее) устроена не так. На самом деле, появись в ней любое количество крови, это стало бы смертельно серьезной проблемой.