Для того чтобы построить трехмерную клеточную структуру, некоторые клетки должны довольствоваться тем, что будут спрятаны внутри, отрезаны от океана слоями других клеток. Как же эти внутренние клетки получают свой кислород? Они не могут полагаться на диффузию через испытывающие нехватку кислорода клетки, что лежат между источником кислорода и ними. Решение было найдено много сотен миллионов лет назад, когда некоторые примитивные червеобразные существа «отщипнули» кусочек океана, по сути дела сохранив его внутри структуры собственного организма. Таким образом появился «внутренний океанический фронт», который со временем стал гораздо более важным, чем изначальный внешний. В конце концов абсорбция кислорода из окружающей среды была ограничена небольшим специализированным отделом тела, как я уже объяснял в предыдущей главе. Кислород диффундирует через этот отдел и попадает во внутреннюю жидкость — кровь.
Для относительно небольших и простых организмов существование крови достаточно само по себе. Она может находиться в относительно сложных разветвленных каналах таким образом, что все клетки будут рядом с жидкостью. Кислород, поступающий в кровь, будет диффундировать во все части тела, а из крови — в каждую клетку. Процесс диффузии может охватывать относительно большие расстояния, но не может осуществляться через слои кислородпоглощающих клеток. Каждая клетка должна честно получить свою долю.
Но когда организм становится больше и сложнее, простой диффузией не обойтись. Продолжительность процесса диффузии такова, что части тела, находящиеся слишком далеко от областей поглощения кислорода, могут испытывать кислородное голодание. Возникает необходимость заменить стоячую заводь, скажем, на бегущий поток, который будет активно доставлять кислород к клеткам. Тогда отпадает необходимость полагаться на слепые, беспорядочные и довольно медлительные силы диффузии. Поток приведет в движение насос в форме полой мышцы, которая, расширяясь и сжимаясь, будет всасывать кровь, а затем с силой выбрасывать ее наружу. Этот насос — сердце. Когда кровь выталкивается из сердца под большим давлением, ткани нельзя подвергать прямому удару без повреждений. Следовательно, кровь, покидающая сердце, должна находиться в мускульных трубках (кровеносных сосудах), которые поглотят толчок и, разветвляясь, в конечном счете разнесут кровь к каждой части тела.
У некоторых форм нехордовых кровь возвращается к сердцу, просачиваясь вокруг клеток. Однако это медленный процесс, и цикл замедлен до такой степени, что для больших и сложных организмов просто неприемлем. У хордовых (и у отдельных нехордовых) кровь проходит по кровеносным сосудам повсюду, как от сердца, так и назад к нему. Кровь циркулирует по замкнутому кругу таким образом, что сердце, кровеносные сосуды и кровь составляют то, что называется системой кровообращения. (В действительности эта система не совсем замкнутая. Существует нечто вроде утечки, но об этом в следующей главе.)
Строение сердца у разных групп организмов различное, и неудивительно, что более сложное оно у более сложных существ. Нехордовые, такие, как земляные черви, имеют замкнутую систему кровообращения, и в такой системе часть одного из кровеносных сосудов сокращающаяся. Волна циклических сокращений проходит по всей его длине, проталкивая кровь вперед. Такое простейшее сердце, всего лишь пульсирующий сосуд, также можно найти у примитивных хордовых, таких, как ланцетник. У позвоночных, однако, пульсирующий сосуд расширяется, образуя несколько полых камер. Увеличив свой объем, насос способен лучше перекачивать кровь, точно так же, как вы сможете ударить сильнее, если перед этим сделаете глубокий вдох. Увеличившемуся в объеме насосу, естественно, требуется мышечная стенка гораздо более толстая и сильная, чем стенка любого кровеносного сосуда.
У рыб сердце состоит из двух главных камер. Передняя камера — это предсердие, или атриум (от латинского «преддверие», или «прихожая», поскольку она служит входом для следующей камеры с более мускулистыми стенками). Предсердие сокращается и посылает кровь в заднюю камеру, которая называется желудочек. Предсердие служит своего рода хранилищем крови, собирая ее из входящих кровеносных сосудов, а затем выталкивая в желудочек, который под действием внезапного растягивания мышц, способствующих всасыванию крови, отвечает особенно мощным сокращением. Когда желудочек сокращается, кровь с силой выбрасывается в кровеносные сосуды, которые ведут ко всем органам организма. Кровь несет кислород, используемый клетками, между которыми она проходит так, что к тому времени, когда возвращается в предсердие, содержание в ней кислорода фактически должно быть нулевым. Но оно не нулевое благодаря жабрам. Кровеносные сосуды подходят к жабрам и там собирают кислород. Богатая кислородом кровь из жабр смешивается с кровью, бедной кислородом, из оставшихся органов, и та кровь, которая содержится в большинстве сосудов, — это смесь того и другого — как говорится, на удивление богатая кислородом кровь.