У нас, людей, есть одно мощное сердце, которое качает кровь по всему телу. Большинство других млекопитающих и животных тоже имеют одно сердце, которое обеспечивает циркуляцию кислорода и питательных веществ по всему телу. Все эти сердца могут выглядеть и функционировать по-разному, но они выполняют одну и ту же работу.
Теперь познакомьтесь с головоногими моллюсками – кальмарами, осьминогами и каракатицами (а также наутилоидами, но мы вернемся к ним позже), живущими в море. Они не были счастливы только с одним сердцем, поэтому они развили у себя целых три. Их три сердца вместе служат для перекачивания крови по всему гибкому и бескостному телу, чтобы снабжать его кислородом.
Почему же им нужно три сердца вместо одного, которое работает у многих других в животном царстве?
Как циркулирует кровь у осьминогов
У головоногих моллюсков замкнутая система кровообращения. Это означает, что их кровь течет внутри сосудов, в отличие от открытой системы кровообращения, где кровь или гемолимфа омывает все ткани, как у насекомых, креветок и других моллюсков.
Три сердца в циркуляции крови у головоногих моллюсков выполняют различные функции. Есть главное сердце, подобное нашему единственному человеческому, называемое системным сердцем, которое перекачивает кровь по всему телу. Два других сердца – это жаберные сердца, расположенные рядом с каждой жаброй. Все эти структуры находятся в мантии, мышечной структуре прямо за головой головоногого моллюска. В мантии также находятся другие органы, такие как пищеварительная система и репродуктивные железы.
В самом движении крови через три сердца нет ничего необычного. Дезоксигенированная кровь возвращается к системному сердцу из остальной части тела. Системное сердце перенаправляет эту кровь к жаберным сердцам. Затем эти сердца направляют кровь к капиллярам в жабрах для насыщения кислородом. Насыщенная кислородом кровь направляется обратно к системному сердцу, после чего она направляется в остальную часть тела, чтобы пополнить ткани кислородом. И так процесс повторяется снова и снова.
У других животных работает аналогичная система, но вместо еще двух сердец кровь отправляется непосредственно в легкие или жабры для получения кислорода. У людей есть легочная артерия, выходящая из нашего сердца, которая доставляет дезоксигенированную кровь в легкие для насыщения кислородом. Легочная вена доставляет богатую кислородом кровь обратно к сердцу для распределения. Причина, по которой головоногие моллюски выбирают вариант с тремя сердцами, а не прямой путь, может быть связана с их кровью.
Настоящая «голубая кровь»
Мы могли бы назвать королевских особ «голубокровными», но настоящая «голубая кровь» – это головоногие моллюски. В отличие от нашей крови, которая имеет красный цвет из-за железосодержащего переносчика кислорода гемоглобина, головоногие моллюски используют медьсодержащий белок, называемый гемоцианином. Гемоцианин, связанный с кислородом, придает их крови синий цвет.
Когда белок не связан с кислородом, он прозрачный! Вы не видите эту прозрачную дезоксигенированную кровь, потому что при контакте с кислородом в воде или в атмосфере кровь снова становится синей.
Гемоцианин является переносчиком кислорода у головоногих моллюсков. Он синий, когда насыщен кислородом, и бесцветный в дезоксигенированном состоянии.
Гемоцианин не так эффективен в транспортировке кислорода, как гемоглобин. Медь гемоцианина связывается с кислородом некооперативно, тогда как железо гемоглобина связывается с кислородом кооперативно.
Однако гемоглобин не действенен при низких температурах, в которых обитали более древние головоногие моллюски. В условиях низкой температуры и низкого давления кислорода гемоцианин имел преимущество.
Гемоцианин, в отличие от гемоглобина, присутствующего в эритроцитах, представляет собой свободно дрейфующий белковый комплекс в крови головоногих, что делает их кровь более вязкой. Отсутствие белка внутри конкретной клетки может увеличивать его способность переносить кислород при низких температурах.
Чтобы компенсировать пониженную эффективность транспорта кислорода и повышенную вязкость, головоногим моллюскам необходимо было перегонять кровь при более высоком давлении. Эволюционное решение состояло в том, чтобы развить три сердца. В течение многих лет осьминоги и кальмары жили в холодной воде, что делало их три сердца, качающие кровь с более высоким давлением, очень важными.
Все это говорит о том, что не всем существам с голубой кровью нужно три сердца. Головоногий моллюск наутилус, завораживающее морское животное со спиральным панцирем, имеет только одно сердце, которое перекачивает кровь, в отличие от его трехсердечных родственников. Вероятно, ему не нужны два лишних сердца из-за их относительно меньшего размера и очень малоподвижного образа жизни.
Членистоногие, такие как знаменитый подковообразный краб и некоторые скорпионы, также имеют голубую кровь с гемоцианином. Гемоцианин членистоногих отличается от гемоцианина моллюсков строением и белковыми субъединицами. Членистоногие, возможно, не развили три сердца, потому что с их открытой системой кровообращения они им были не нужны.
Осьминоги – пришельцы на нашей планете?
Даже с этими тремя сердцами осьминоги и кальмары не могут беззаботно носиться как угорелые. На самом деле, осьминоги предпочитают более спокойный образ жизни, потому что их системное сердце не выдерживает интенсивных кардиотренировок.
Когда осьминогу приходится быстро плыть, чтобы поймать добычу, его системное сердце устаёт и через некоторое время останавливается, заставляя осьминога тоже остановиться, чтобы восстановить силы. Вот почему вы, вероятно, не увидите осьминога, активно перемещающегося в океане. Чтобы сохранить энергию и не утомлять свое сердце, они предпочитают не бегать, а ползать по дну океана.
Некоторые биологи вполне авторитетно заявляют, что осьминоги – пришельцы на нашей планете. Что ж, с тремя сердцами, голубой кровью и разумным взглядом они вполне могут быть инопланетянами!