То, что кровь – красная, для нас такая же аксиома как и то, что морская вода – соленая, елочка – зеленая, а небо – голубое. Это неудивительно: люди, млекопитающие, птицы, рыбы и вообще большинство знакомых нам животных действительно обладают красной кровью. Но биология любит разрушать привычные представления. В природе существует голубая, зеленая, фиолетовая и почти прозрачная кровь.
Причина такого разнообразия кроется в химии. Кровь – это не просто «красная жидкость внутри организма», а жидкая соединительная ткань, выполняющая множество функций, первая из которых – транспортная. И цвет крови зависит от того, какие вещества работают в кровеносной системе, какие задачи выполняют и какие побочные продукты накапливаются.
Так что красный цвет крови – вовсе не обязательное условие, это просто один из удачных эволюционных вариантов для позвоночных и не только.
А что это такое красненькое?
В организмах живых существ кровь выполняет несколько функций, но для рассказа о ее цвете нам важна прежде всего транспортная. У позвоночных кровь движется по сосудам, приводимая в движение сердцем. У многих беспозвоночных вместо крови по организму циркулирует гемолимфа, которая выполняет почти такие же функции. И кровь, и гемолимфа переносят питательные вещества, гормоны, клетки иммунной системы и забирают продукты обмена.
Но главный герой этой истории – дыхательные пигменты, специализированные белки переносящие кислород. Именно они обычно определяют цвет крови.
У человека и остальных позвоночных, а также многих беспозвоночных, за перенос кислорода отвечает гемоглобин. В его составе есть железо, и именно оно придает крови красный цвет. Появился гемоглобин более чем 400 миллионов лет назад у последнего общего предка человека и акул в результате мутаций, приведших к формированию комплекса гемоглобина, способного связывать кислород. С тех пор и мы, и акулы им активно пользуемся.
Но гемоглобин – далеко не единственное решение, которое создала эволюция. У некоторых морских животных и членистоногих кислород переносит гемоцианин – белок, содержащий медь. В насыщенном кислородом состоянии он становится голубым. Есть и более экзотические варианты. Некоторые морские беспозвоночные используют гемэритрин, из-за которого кровь выглядит фиолетовой или розоватой. А у отдельных видов встречается хлорокруорин – зеленый дыхательный пигмент, родственник гемоглобина.
Голубая, зеленая и фиолетовая: самые необычные цвета крови
Итак, цвет крови определяют, в основном, дыхательные белки, но кому же что досталось от эволюции?
Красная кровь: классика эволюции
Красная кровь – самый распространенный вариант среди позвоночных. Главное преимущество в использовании гемоглобина для переноса кислорода – эффективность. Дыхательный белок прекрасно переносит кислород, одна молекула гемоглобина может нести до четырех молекул кислорода. Но даже красный цвет крови может быть разным. Как мы помним со школы, артериальная и венозная кровь сильно отличаются. Когда гемоглобин связывает кислород, он превращается в оксигемоглобин, делающий двигающуюся по артериям кровь ярко-алой. Наличие молекул кислорода изменяет отражение красной части спектра, после его отдачи получившийся дезоксигемоглобин начинает поглощать свет, за счет чего венозная кровь выглядит темной.
Голубая кровь: медь вместо железа
Признак аристократии, настоящая голубая кровь встречается у существ куда более древних, чем любая королевская династия, а именно у моллюсков и членистоногих. С формальной точки зрения, у большинства беспозвоночных циркулирующая жидкость называемся все же гемолимфой, потому что их кровеносная система относится к незамкнутому типу. Но, для удобства, будем писать и так, и так.
В гемолимфе за перенос кислорода отвечает гемоцианин. В отличие от гемоглобина, он содержит не железо, а медь. Именно соединения меди делают обычно бесцветную гемолимфу голубой. По сравнению с гемоглобином, гемоцианин может переносить меньше кислорода, что недостаточно для таких активных животных как птицы и млекопитающие, но зато он идеален для жителей морских глубин. Этот белок способен более эффективно захватывать и переносить кислород в условиях его низкого содержания, а также в холодной воде. Предполагают, что осьминоги развили у себя три сердца именно для того, чтобы использовать гемоцианин. Одно сердце качает гемолимфу по всему телу, а два дополнительных прокачивают ее через жабры.
Фиолетовая и зеленая кровь
Некоторые морские черви и другие беспозвоночные используют гемэритрин. Этот пигмент не так известен, как гемоглобин или гемоцианин, но тоже способен переносить кислород. В насыщенном состоянии такая кровь может выглядеть фиолетовой, а в ненасыщенном – розоватой. Гемэритрин встречается довольно редко и считается своеобразным «альтернативным инженерным решением» природы.
Зеленая кровь, точнее гемолимфа, тоже обычно связана с дыхательными пигментами. У некоторых морских червей встречается хлорокруорин – железосодержащий белок, близкий родственник гемоглобина. По строению они очень похожи, но небольшие различия в химии и структуре отражения света приводят к тому, что гемолимфа приобретает зеленый цвет.
Правда, у большинства людей при словах «зеленая кровь» вспоминаются не черви, к тому же похожие на цветы, а фантастические пришельцы. Но природа добралась до этой идеи задолго до фантастов.
Когда цвет крови зависит не от переноса кислорода
У многих насекомых гемолимфа вообще почти бесцветная или слегка желтоватая. Причина проста: кислород у них часто доставляется не кровью, а системой трахей – сетью тонких трубочек, пронизывающих тело. Воздух поступает напрямую к тканям, поэтому сложный белок оказывается не особенно нужен. Из-за этого гемолимфа насекомых может выглядеть прозрачной, молочной или желтоватой.
Но иногда цвет крови определяется вовсе не дыхательными пигментами. Самый известный пример – зеленокровные сцинки рода Prasinohaema. У них кровь ярко-зеленая не потому, что кислород переносит какой-то необычный пигмент. С этой задачей прекрасно справляется обычный гемоглобин. Зеленый цвет появляется из-за огромного количества биливердина. Биливердин – это продукт распада гемоглобина. Обычно организм старается быстро переработать и вывести его, потому что в высоких концентрациях он токсичен. Но у сцинков биливердина настолько много, что зеленым становится буквально все: кровь, мышцы, кости, слизистые оболочки и язык. Самое удивительное, что животные при этом прекрасно живут и не испытывают каких-либо неудобств, пока ученые пытаются понять как им это удается.
Кстати, именно биливердин отвечает за зеленоватый оттенок синяков у человека на одной из стадий заживления. Когда синяк меняет цвет с фиолетового на зеленый – это как раз результат распада гемоглобина.
Кровь зеленых человечков?
Мы привыкли считать красную кровь чем-то почти обязательным для жизни на Земле, но это просто следствие земной биохимии и того, что для нашей планеты кислород оказался чрезвычайно удобным средством усвоения энергии. Если представить инопланетную жизнь, вариантов становится гораздо больше. Например, на планете с другим составом атмосферы организмы могли бы использовать совершенно иные химические элементы для переноса газов. Не железо, не медь, а что-нибудь еще. Теоретически кровь могла бы быть ярко-синей, оранжевой, черной или даже светящейся. Если у пришельцев вместо кислорода в обмене веществ участвовал бы, скажем, метан или сероводород, их «кровь» могла бы вообще не напоминать привычную жидкость. Возможно, это был бы густой гель, жидкие кристаллы или что-то вроде подвижной нефтяной эмульсии.
Вполне возможно, что первые настоящие инопланетяне, которых человечество встретит, будут не зелеными человечками, а существами с фиолетовой или серебристой кровью, искренне удивленными тем, зачем земляне носят внутри столько железа. И, возможно, они будут морщиться при виде наших синяков.
Вам было интересно узнать что-то новое о мире вокруг нас?
Хотите узнать больше?
Приходите в Дарвиновский музей и подписывайтесь на наш канал!