Пламенный насос. Естественная история сердца - Билл Шутт

По мере того как организмы становились все более разнообразными и сложными, то же самое происходило и с их кровеносными системами. Одной из эволюционных фишек стал насос, который выводил насыщенную кислородом и питательными веществами циркуляторную жидкость в организм, а потом возвращал ее, бедную кислородом и питательными веществами, готовя к новому кругу. Конечно, насос, о котором идет речь, – это сердце.

Как мы сейчас увидим, сердце – не единая структура, общая для всего животного царства. Циркуляторные насосы развивались в разных группах животных по отдельности. Они часто выглядят и работают совсем по-разному, и поэтому некоторые из получившихся органов не заслужили достаточного количества галочек, чтобы подтвердить ярлык «сердце». Общее между ними – это функция, что связано с феноменом, известным как конвергентная эволюция.

Иногда организмы сходным образом приспосабливаются к одинаковой среде – примером могут служить обтекаемые (или веретенообразные) формы тела акул и дельфинов. Эти животные не близкие родственники: дельфины – млекопитающие, а акулы – рыбы. Смысл здесь в том, что адаптация не передавалась этим созданиям от одного общего предка, но, напротив, стала результатом эволюции дважды (а то и многократно – у тунцов примерно та же форма, что и у торпед). Объяснение этого феномена заключается в том, что веретенообразные тела идеально подходят для создания скорости, и потому это прекрасная форма для быстро движущихся хищников из очень разных ветвей эволюционного дерева.

Еще один пример конвергентной эволюции в животном мире – питание кровью. Такие разные животные, как пиявки, клопы и летучие мыши-кровососы, разделяют набор похожих вампирских адаптаций, которые включают скрытность, небольшие размеры, острые зубы и антикоагулянты в слюне[23].

Подобно веретенообразным телам у водных хищников или вампирской скрытности, кровеносные системы, по-видимому, сходным образом эволюционировали во многих различных группах беспозвоночных. Циркуляторные насосы и связанные с ними сосуды выполняют, по существу, одну и ту же работу, и из-за этого они проявляют сходство даже тогда, когда их владельцы – не близкие родственники. Множественное эволюционное происхождение может также объяснить, почему кровеносные системы беспозвоночных, которые мы будем рассматривать далее, демонстрируют такую высокую степень вариативности формы. Существуют одиночные сердца, множественные сердца, а иногда сердец вовсе не бывает; открытые либо замкнутые системы кровообращения, в различиях между которыми мы скоро разберемся.

Эволюционное происхождение объясняет и то, почему в системах органов позвоночных существует меньше вариаций. Большинство ученых считают, что все системы кровообращения позвоночных можно проследить до одного общего предка, вероятно, вида бесчелюстных рыб, живших около 500 миллионов лет назад[24]. В результате некоторые приспособительные механизмы древних позвоночных можно обнаружить у ныне живущих – хотя они и изменились в процессе эволюции. Эти изменения, такие как эволюция двухкамерных сердец у рыб и четырехкамерных сердец у млекопитающих, крокодилов и птиц, позволили этим существам соответствовать требованиям очень различных сред, в которых они обитают. Тем не менее основная схема кровеносной системы древних позвоночных – артерии, вены и сердце с камерами – сохраняется и сегодня. Но об этом позже.

Полосу выложенных веером гранитных камней и бетона на Монумент-Бич прорезал новый причал, появившийся примерно в 30 метрах от своего старого, но вполне исправного на вид двойника.

– А местные сопротивлялись постройке этой штуки?

Вопрос исходил от моего давнего друга, биолога, изучающего беспозвоночных, Лесли Несбитта Ситтлоу, и был адресован Дэну Гибсону, подтянутому 75-летнему нейробиологу из Океанографического института Вудс-Хоул, расположенного в соседнем городе Фалмут, штат Массачусетс. Я и Лесли встретились с Гибсоном минут за пять до того, примчавшись из Грейт-Бэй, штат Нью-Гэмпшир, еще одной прибрежной зоны, где мы раскатывали во время исследовательской экспедиции по Новой Англии.

В данный момент Гибсон что-то искал в песке.

– Я живу в паре миль отсюда, – ответил он. – И когда я услышал что-то о новом причале, его уже построили.

Вернувшись к своему занятию, Гибсон указал на небольшое углубление в песке в форме полумесяца. Пластиковым совочком он начал осторожно снимать тонкие слои песка, пока не достиг глубины около 12 сантиметров. Потом он улыбнулся нам и сунул руку в дыру. Поковырявшись немного указательным пальцем, ученый извлек скопление крошечных голубовато-серых шариков.

Яйца принадлежали Limulus polyphemus, одному из четырех сохранившихся видов мечехвостов. Эти купола с когтями на брюхе – привычное зрелище на побережье от полуострова Юкатан до штата Мэн поздней весной и ранним летом, когда они совершают ежегодное паломничество из более глубоких вод на прибрежные отмели. Самки следуют за приливами, и, притаившись, откладывают яйца в ямки, которые они выцарапывают в песке. Гибсон рассказал, что мечехвосты очень разборчивы в выборе мест, где они откладывают яйца, поскольку гнезда должны быть покрыты водой во время прилива, а во время отлива – высыхать и согреваться солнцем. Из вчерашних наблюдений в Грейт-Бэй мы узнали, что самцы мечехвостов на 20–30 % меньше самок и что они собираются в стаи, похожие на скопления жестких касок. Самцы теснят друг друга, пытаясь взобраться на самку и закрепить пару похожих на булавы отростков на ее панцире. Расположившись таким образом, самец получает наилучшую возможность поместить молочно-белую сперму на яйцеклетки размером с грецкий орех в нижней части тела самки. В конце концов во время одного из приливов она отложит от двух до пяти кладок, содержащих в общей сложности до четырех тысяч яиц, после чего все отправятся обратно в более глубокие воды, предположительно чтобы дождаться следующего любовного ажиотажа, вызванного приливом. Гибсон рассказал, что к концу сезона самка мечехвоста откладывает около 80 тысяч яиц.