Сердце крокодила

Розповім історію, яка сталася кілька років тому. Зараз я пишу шкільний підручник зоології за програмою, у складанні якої брав участь сам. Коли ця версія програми тільки задумувалася, я переконував міністерського працівника¹, що перед систематичним вивченням окремих груп потрібно розглянути досить велику тему, де буде розказано про тварин узагалі.

«Добре, а з чого її почати?» - запитав мене чиновник. Я сказав, що спосіб життя тварин визначається насамперед тим, що вони їдять і як пересуваються. Отже, треба починати з різноманіття способів живлення. «Ви що! - вигукнув мій співрозмовник. - Як я понесу таку програму міністру? Він одразу запитає, навіщо ми вселяємо дітям, що найголовніше - це жратва!»

Я спробував сперечатися. Узагалі, поділ живих організмів на царства (тварини, рослини, гриби та інші) пов'язаний насамперед зі способом живлення, який, у свою чергу, визначає особливості їхньої будови. Особливості багатоклітинних тварин - наслідок того, що вони потребують зовнішніх джерел органічних речовин і при цьому не вбирають їх через поверхню тіла, а поїдають шматками. Тварини - це істоти, що поїдають інші організми або їхні частини! На жаль, мій співрозмовник був непохитний. Міністра буде насамперед цікавити виховний аспект програми.

Розмірковуючи про те, як інакше організувати вступну частину, я зробив тоді непростиму помилку. Наступною моєю ідеєю стала пропозиція починати вивчення курсу зоології з різноманіття життєвих циклів. Коли мій співрозмовник зрозумів, що як «головне в житті» я збираюся розглядати не їжу, а розмноження, він, здається, вирішив, що я з нього знущаюся… Зрештою я написав щось, що, як я сподівався, нікого не шокуватиме. Потім над цією програмою поворожили методисти, які виправили в ній усе, чого не розуміли, та замінили формулювання такими, які були в ужитку в історичні епохи, коли ці самі методисти вчилися в педінститутах. Потім злощасну програму підправили чиновники, потім її переосмислили в дусі нових керівних указівок, потім… - загалом, пишу підручник за «власною» програмою і не втомлююся чортихатися.

А згадав я цю сумну історію тому, що ще раз переконався: для тварин таки найголовніше - горезвісна «жратва». Порівнюючи різні групи наших родичів один з одним, ми часто не усвідомлюємо, які особливості привели їх до успіху або невдачі. Знаєте, наприклад, що стало одним з головних козирів ссавців? Устигаючий школяр назве вигодовування потомства молоком, теплокровність, високий розвиток нервової системи або якусь ще властивість, яка стала можливою завдяки достатній кількості енергії, отримуваної з їжею. А один з головних козирів ссавців - будова щелеп та зубів!

Спробуйте поворушити своєю нижньою щелепою: вгору-вниз, праворуч-ліворуч, уперед-назад. Її «підвіска» допускає рух у всіх трьох площинах! До того ж на щелепах ссавців сидять зуби, будова яких визначається тим завданням, що їм відведене, - пронизувати, давити, перетирати, різати, дробити, відкушувати, рвати, утримувати, гризти, м'яти, піддівати, розмелювати, скребти, etc. Наші щелепи - еволюційний біомеханічний шедевр. Окрім ссавців, майже жодні наземні хребетні не здатні відкушувати від їжі шматки! До небагатьох винятків належить архаїчна гатерія, здатна відпиляти щелепами голову пташеняті буревісника, та черепахи, що відмовилися від зубів на користь рогового ножицеподібного дзьоба. І хижі птахи, і крокодили не відкушують шматки їжі, а просто відривають - упираючись кігтями (перші) або крутячись усім тілом (другі).

До речі, про крокодилів - ця колонка присвячена насамперед їм. Завдяки витонченим експериментам біологів з Університету Юти вдалося дізнатися дещо нове про функціонування серця цих плазунів. Але спершу - ще кілька слів про шкільну біологію.

Деякі особливості подачі біологічного матеріалу збереглися з тих часів, коли школа мала формувати матеріалістичний світогляд, пропагуючи еволюцію. Узагалі кажучи, факт еволюції не має особливого стосунку до дилеми «матеріалізм-ідеалізм» (відмовляючись на словах від замшілого діамату, ми чомусь досі надаємо надмірного значення цій сумнівній дихотомії). На жаль, коли замість сучасних уявлень про еволюцію викладаються якісь залежані догми, це тільки завдає природничо-науковому світогляду шкоди. До числа таких догм належить лінійне уявлення про еволюцію. Подумайте, історія хребетних - це «кущ» із багатьох гілок, кожна з яких ішла своїм шляхом, пристосовувалася до свого способу життя. А шкільний учитель, перестрибуючи з гілки на гілку цього куща, будує прогресивну послідовність із «типових представників»: ланцетник-окунь-жаба-ящірка-голуб-собака. Але жаба ніколи не намагалася стати ящіркою, вона живе своїм життям, і без урахування цього життя (і передісторії жаб) зрозуміти її неможливо!

Що розповість шкільний учитель про крокодилів? Він використовує їх для ілюстрації твердження, що найпрогресивнішими є тварини з чотирикамерним серцем та «теплокровністю» (гомойотермні). І - дивіться, діти! - у крокодила чотирикамерне серце, майже-майже як у ссавців та птахів, ось тільки залишився один зайвий отвір. Ми своїми очима бачимо, як крокодил хотів стати людиною, але не дійшов, зупинився на півдорозі.

Отже, крокодил має чотирикамерне серце. З правої його половини кров іде до легень, з лівої - до великого кола кровообігу (до органів-споживачів отриманого в легенях кисню). Але між основами судин, що відходять від серця, міститься пролом - паніцієвий отвір. У нормальному режимі роботи серця частина артеріальної крові переходить через цей отвір з лівої половини серця в праву половину та потрапляє в ліву дугу аорти (подивіться на рисунок, щоб не заплутатися у право-лівих відносинах!). Від лівої дуги аорти відходять судини, що йдуть до шлунка. Від лівого шлуночка відходить права дуга аорти, що живить голову та передні кінцівки. А потім дуги аорти зливаються в спинну аорту, яка й забезпечує кровопостачання всього іншого тіла. Чому так складно?

Для початку розберемося, навіщо взагалі потрібні два кола кровообігу. Риби обходяться й одним: серце - зябра - органи-споживачі - серце. Тут відповідь ясна. Легені не витримають того тиску, який потрібен, щоб прокачати кров через усе тіло. Саме тому права (легенева) половина серця слабша за ліву; тому-то нам і здається, що серце розташоване в лівій частині грудної порожнини. Але чому частина крові, що тече великим колом кровообігу (від лівої половини серця), проходить у крокодилів через праву, «легеневу» частину серця та ліву дугу аорти? У людини неповне розділення потоків крові може спричинятися вадою серця. Навіщо така «вада» крокодилам? Річ у тім, що серце крокодила - не недороблене серце людини, воно «задумане» складніше і може функціонувати в двох різних режимах! Коли крокодил активний, обидві дуги аорти несуть артеріальну кров. Але якщо паніцієвий отвір закрити (а крокодили «вміють» це робити), у ліву дугу аорти піде венозна кров.

Традиційно такий устрій пояснюють тим, що він нібито дозволяє крокодилу, що причаївся на дні, відключати легеневий кровообіг. Венозна кров при цьому відправляється не в легені (які все одно неможливо вентилювати), а одразу у велике коло - правою дугою аорти. У голову ж і до передніх ніг піде дещо «краща» кров, ніж до інших органів. Але якщо легені відключені, чи багато користі ганяти кров по колу?

Американські біологи придумали, як перевірити давнє припущення про те, що крокодили перекидають кров з одного кола кровообігу в інше не заради того, щоб причаїтися, а заради кращого перетравлення їжі (вуглекислий газ - субстрат для виробництва кислоти залозами шлунка). Дослідники переконалися, що у здорових молодих алігаторів у процесі перетравлення їжі лівою дугою аорти (тією, яка постачає кров'ю травну систему) тече венозна, збагачена вуглекислотою кров. Потім вони почали втручатися в роботу серця піддослідних крокодилів хірургічними методами. У деяких з них примусово блокувалося перекидання венозної крові в ліву дугу аорти; з іншими проводилася операція, що імітує таке втручання. Ефект оцінювався шляхом вимірювання активності шлункової секреції та шляхом рентгенівського спостереження за перетравленням проковтнутих крокодилами бичачих хребців. Крім того, у нещасних алігаторів поміщали напівпровідникові сенсори, що дозволяли вимірювати їхню температуру тіла. У результаті цих маніпуляцій вдалося переконливо підтвердити висунуту гіпотезу - перекидання венозної крові у велике коло кровообігу посилює вироблення кислоти в шлунку та прискорює перетравлення їжі.

Крокодили здатні живитися досить великими жертвами, заковтуючи здобич цілком або великими шматками (пам'ятаєте, що ми говорили про устрій щелеп?). Температура тіла цих хижаків непостійна, і якщо вони не встигнуть перетравити здобич досить швидко, вони просто отруяться нею. Ускладнена будова кровоносної системи та її здатність працювати в двох різних режимах - спосіб активізувати перетравлення. І своє призначення травна система крокодилів виправдовує: на серіях рентгенівських знімків видно, як у шлунках хижаків «тануть» у кислоті солідні бичачі хребці!

Отже, тепер ми знаємо, що головне в житті крокодилів. Які цілісні все-таки істоти!

Д. Шабанов. Серце крокодила // Комп'ютерра, М., 2008. – № 10 (726). — С. 36–37