настоящих виновников – добычу моллюсков и угрей. Нет никаких доказательств, подтверждающих, что именно эти отрасли промышленности остаются серьезной проблемой для мечехвостов, хотя то, что из них пытаются сделать основную причину проблем, вызывает серьезное беспокойство.
Однако есть некоторые многообещающие разработки, как я узнал от биолога Джона Танакреди, директора Центра экологических исследований и мониторинга океанического побережья в колледже Моллой. Танакреди и его команда содержат единственную в США гнездовую колонию для разведения мечехвостов, созданную на месте старого инкубатора на южном берегу Лонг-Айленда. В дополнение к этим мелкомасштабным, но популярным на местном уровне усилиям он и его коллеги упорно работают над защитой Limulus polyphemus, объявив его объектом Всемирного наследия Организации Объединенных Наций. Но даже если их усилия и увенчаются успехом (а вероятность этого довольно невелика) Танакреди считает, что вымирание местной популяции мечехвостов, а то и худший исход неминуем, если: а) не прекратится их добыча для использования в качестве приманки или для нужд биомедицинской промышленности; б) их по-прежнему будут употреблять в качестве «экзотической пищи»; в) из-за строительства или загрязнения будут разрушаться жизненно важные места обитания мечехвостов, особенно места размножения.
Однако, возможно, лучший ответ на проблему мечехвостов появился благодаря работе сингапурского биолога Джик Лин Дин в 1980-х25. Дин попыталась перенести ген мечехвоста, отвечающий за мощную реакцию LAL на эндотоксин, в ДНК микроорганизма. Подобная технология рекомбинантной ДНК уже позволила фармацевтическим компаниям производить человеческий инсулин в больших чанах с дрожжами. В конце концов Дин и ее исследовательская группа смогли идентифицировать ген, регулирующий выработку «фактора С», вещества в крови мечехвостов, ответственного за образование сгустков. С помощью вирусов ученые ввели фактор С в культуру клеток кишечника насекомых (популярный тип клеток для подобного рода задач), которые превратились в крошечные фабрики, производящие сгусткообразующий реагент для LAL. Патент Дин на набор для тестирования с рекомбинантным фактором С был одобрен в 2003 году, но фармацевтическая промышленность не проявила особого интереса. В то время подобный набор производила только одна компания, и она ожидала одобрения FDA. Из-за этого биомедицинская промышленность явно сопротивлялась уходу от продукта, который успешно применялся в течение десятилетий – LAL на основе крови мечехвостов.
Однако недавно рекомбинантный фактор С начала производить вторая компания. Хотя большинство биомедицинских компаний, выпускающих LAL, еще не приняли новые тестовые наборы, одна из них начала предлагать кроме наборов, произведенных из мечехвостов, и рекомбинантные. И – отличная новость для любителей мечехвостов со всего мира – фармацевтический гигант Eli Lilly начал использовать рекомбинантный фактор С для тестирования качества своих новых препаратов. Можно только надеяться, что это лишь начало полноценного перехода к неразрушительным технологиям выявления эндотоксинов и когда-нибудь в скором времени идея протыкать мечехвостов и сливать их кровь пойдет по пути контроля пирогенности на кроликах[43].
4Насекомые, гидронасосы, жирафы и Мотра
По мере увеличения размеров насекомого потребность в кислороде будет возрастать пропорционально его длине в кубе, а возможность снабжения им – пропорционально лишь квадрату длины… В результате всего этого Мотре придется добавить много трахеальных трубок, чтобы поддерживать достаточный запас кислорода.
Узнав о коллегиальных взаимоотношениях между кровеносной и дыхательной системами, испытываешь некоторое потрясение, обнаружив, что у многих беспозвоночных, особенно у подавляющего большинства насекомых, кровеносная система не переносит кислород или углекислый газ. Вместо этого богатый кислородом воздух поступает в организм через крошечные отверстия, называемые дыхальцами, или стигмами, а затем проходит через ряд все меньших и меньших трубок (трахея и трахеолы), пока в конечном итоге не достигнет тканей тела. Выходя, воздух совершает обратный путь, на этот раз лишившись большей части кислорода и набрав СО2; и то и другое происходит в процессе диффузии.
Строение трахеальной системы объясняет, почему многие виды насекомых способны вести активный (а иногда и гиперактивный) образ жизни без связей между кровеносной и дыхательной системами, наблюдаемой у других групп животных26. Интересно, что такая связь, возможно, когда-то существовала и у насекомых: в гемолимфе некоторых из них, например веснянок, содержится пигмент гемоцианин, переносящий кислород. Это говорит о том, что некоторые древние (или базальные[44]) насекомые, возможно, сохранили полученный от предков механизм газообмена с помощью крови, который позже был утерян в ходе эволюции, когда стигмы взяли эту работу на себя27. Дополнительное подтверждение этой гипотезы было получено в исследовании, когда в эмбриональной гемолимфе кузнечика обнаружилось соединение на основе меди, отсутствующее на более поздних стадиях развития.
Системы кровообращения насекомых тоже необычны по одной дополнительной и очень неожиданной причине: у насекомых нет сердца.
Как может кровеносная система функционировать без сердца? Что же, как и у мечехвостов – и многих других созданий с открытой системой кровообращения, – у каждого насекомого есть спинной (дорсальный) сосуд, который проходит вдоль средней линии тела[45]. Однако и сам кровеносный сосуд снабжен остиями, впускными клапанами, которые мы недавно видели в сердце мечехвоста. Таким образом, спинной сосуд действует в некотором роде как сердце, в которое питательная гемолимфа проникает через остию и вытесняется сокращением мышечных стенок. Когда гемолимфа покидает спинной сосуд, она попадает в камеры – гемокоэли – по всему телу, которые подводят ее к голове и основным органам. Затем гемолимфа направляется в заднюю часть тела, доставляя питательные вещества в расположенные там органы, а отходы – в выделительную систему. После того как гемолимфа подбирает очередную порцию питательных веществ из пищеварительной системы, движение тела и набор вспомогательных «сердец» в туловище, антеннах и ногах возвращают ее в спинной сосуд, куда она снова попадает через остии, которые открываются между сокращениями.
Другой пример того, как системы органов служат нескольким целям: когда спинной сосуд сокращается, давление, которое развивается внутри его, способствует репродуктивному поведению, помогает поддерживать форму тела, а также двигаться, линять (сбрасывать экзоскелет) и вылупляться. Эта открытая система играет также более традиционную роль системы кровообращения, снабжая насекомое резервной энергией. Она переносит химическую энергию из хранилищ под названием «жировые тела» к органам, где эта энергия помогает удовлетворить метаболические потребности насекомого во время истощающих процессов, например полета[46].
Известно около миллиона видов насекомых, и среди них отмечается множество странных вариаций того, что в сильно обобщенном виде сводится к описанной выше системе кровообращения. Один из подобных примеров можно наблюдать в базальной группе насекомых под названием «щетинохвостки» (Diplura), в спинных сосудах которых есть специальные клапаны, позволяющие потоку крови двигаться в обратном направлении. Как мы уже упоминали, обсуждая пролапс клапанов в человеческом сердце, обычно обратный поток крови находится под строгим запретом. Однако у щетинохвосток двунаправленный поток позволяет гемолимфе более эффективно достигать и головы, и хвоста28. Спинные сосуды большинства насекомых трудятся изо всех сил, перекачивая гемолимфу в отдаленные тупиковые структуры вроде ног, крыльев или антенн, но только щетинохвостки развили именно такое решение. Чаще всего эволюция создавала как будто сляпанные на коленке приспособления вроде вспомогательных сердец в ранее упомянутых тупиковых структурах. Лишенные тех механизмов, которые обычно связаны с настоящим сердцем, эти крошечные мышечные насосы помогают перенести гемолимфу в полые удлиненные придатки, например крылья, кровоток в которых иначе был бы недостаточным. Примечание для аспирантов, специализирующихся на изучении насекомых и подыскивающих исследовательский проект: многое в механизмах, лежащих в основе этих пульсирующих органов, остается неизвестным.
После того как гемолимфа начинает двигаться внутри открытой кровеносной системы, что мешает ей повернуть в обратную сторону? Как намекает история с щетинохвостками, рассказанная выше, механизмы предотвращения обратного потока во многом совпадают с теми, что обнаружены у животных с замкнутой системой кровообращения. Примерно такая же система устроена во многих подвалах, подверженных затоплению.
В каждом случае отправной точкой становится насос, будь то сократительный спинной сосуд, сердце или электродвигатель в гидронасосе. Как и в биологической системе, гидронасос преобразует энергию (в данном случае электрическую от розетки или батареи) в механическую (в данном случае движения мотора). Эту механическую энергию можно направить на выполнение работы, например преодоления силы тяжести, удерживающей воду в отстойнике, яме, вырытой в полу, где по разным причинам скапливается вода, – и ни одна из этих причин не попадает под категорию «забавы ради». Если насос достаточно мощный, вода поднимается по шлангу и уходит во двор к вашему соседу. Когда электрическая энергия отключается или когда вода оказывается слишком далеко от насоса, сила тяжести пытается вернуть ее назад в яму. Однако, если это приличный насос, вода