Учитывая мрачноватые пищевые привычки миксин, несколько удивительно, что эти очаровательные создания считаются афродизиаком в Южной Корее, где рыбаки ловят их, используя технику, которую можно описать как несколько неделикатный метод ловли нахлыстом. Чтобы выудить немного миксин, вам нужно выполнить следующую рыболовную инструкцию: «Привяжите веревку к дохлой корове и погрузите ее метра на три, поближе к илистому морскому дну[50]. Прикрепите свободный конец веревки к бую. Идите домой. Возвращайтесь через неделю или около того. Вытяните тушу, потом расчлените буренку и заберите свой гипотоничный приз. Если вам повезет, то вы найдете там дюжину миксин и несколько килограммов их слизи – липкой протеиновой массы, состоящей из нитей прочнее нейлона и тоньше человеческого волоса».
В отличие от жирафов и людей, миксины, как и большая часть живущих в воде существ, относительно не подвержены влиянию гравитации. Причина в том, что вода, окружающая миксину, или, если уж на то пошло, любую рыбу, чрезвычайно плотная, и она выталкивает наверх любое живое существо – это явление известно как подъемная сила. Поскольку воздух менее плотен, чем вода, для наземных животных преимущества подъемной силы минимальны, так что им приходится постоянно иметь дело с направленной книзу силой тяжести. На самом деле гравитация объясняет, почему часто возникают проблемы с возвращением венозной крови из конечностей даже у людей с нашими, как правило, мощными сердцами. Это происходит потому, что давление крови в капиллярном русле намного – обычно на 20 мм рт. ст. – меньше, чем где-либо еще в теле. Физика говорит нам, что увеличение площади приводит к снижению давления, а площадь русла капилляров намного больше, чем у ведущих к ним артерий и артериол. Более того, если бы давление не уменьшалось, артериальная кровь разорвала бы сверхтонкие стенки капилляров, в которые она поступает. Проблема состоит в том, что, после того как кровь покидает капиллярное русло, давление остается низким – и если капиллярное русло, о котором идет речь, находится в пальце ноги, то крови, текущей обратно к сердцу, особенно трудно бороться с гравитацией.
Как следствие, у людей развилась дополнительная адаптация, чтобы увеличить отток венозной крови из ног. Это сокращение мышц голени: икроножной и камбаловидной. Сквозь брюшки этих мышц (самая толстая срединная часть) проходят крупные вены, которые несут кровь от ступней обратно к сердцу. Когда эти мышцы сокращаются – например когда вы тянете стопу книзу, – они сжимают вены и кровь, текущую в них. Это увеличивает давление внутри сосудов (снова представьте, как вы сжимаете длинный воздушный шарик, наполненный водой), которое направляет кровь вверх. Этот механизм, мышечно-венозная помпа, работает все время, так как отдельные пучки мышечных волокон постоянно сокращаются и расслабляются без вашего на то разрешения.
Как и следовало ожидать, длинные ноги жирафа доставляют ему множество проблем, связанных с системой кровообращения. Но, кроме того, в их шеях, которые достигают длины до 1,8 метра, тоже возникают и преодолеваются серьезные проблемы, связанные с венозным возвратом к сердцу. Когда жирафы опускают головы, чтобы напиться, легко вообразить, что существует опасность скопления крови в сосудах головы и мозга. К счастью, это предупреждается серией примерно из семи клапанов в каждой из двух яремных вен, которые несут лишенную кислорода кровь от головы к сердцу. Из-за этих клапанов кровь, покинувшая опущенную голову жирафа, не может течь назад, точно так же как не может течь обратно вода, удаленная насосом из вашего подвала. И чтобы создать дополнительную подъемную силу для крови, противостоящей гравитации, в стенках яремных вен жирафа намного больше мышц, чем у большинства других млекопитающих, – и сокращение этих мышц помогает венозной крови двигаться вверх.
Со стороны же артерий проблемы, с которыми встречается самое высокое млекопитающее, совершенно иные. Вы можете подумать, что, когда жирафы опускают головы, кровь, находящаяся и без того под высоким давлением, может получить дополнительный толчок от силы тяжести и устремиться в голову наподобие Ниагарского водопада. Однако та кровь, что переносится сонными артериями, поступает в плотную сосудистую сеть верхней части шеи. Известная как rete mirabile (лат. «чудесная сеть»), эта система увеличивает площадь сечения сосудов, снижая артериальное давление. Если что-то звучит знакомо – да, это очень похоже на то, как снижается артериальное давление в капиллярном русле. В этом случае rete mirabile предотвращает внезапное повышение давления, которое произойдет, когда жираф склонится, чтобы попить – положение, способное привести голову метра на три ниже сердца. Когда жираф поднимает голову, сосуды сети сокращаются, посылая кровь к мозгу в обход ее.
Как я уже упоминал, наши долговязые друзья сталкиваются еще с одной проблемой, когда дело доходит до их сверхдлинных ног. В основном из-за силы тяжести в артериях, проходящих через ноги жирафа, давление может подниматься до 350 мм рт. ст.31 Такое огромное давление может привести к отекам – это аномальное накопление жидкости, иначе говоря, задержка воды. Подобное происходит, когда плазма, жидкая часть крови, проходит через тонкие стенки капилляров и попадает в окружающие ткани. Однако эволюция решила эту проблему для жирафов, создав толстую, плотно прилегающую шкуру на ногах. Это приспособление работает по тому же принципу, что и компрессионные чулки, которые носят люди. И то и другое предотвращает отек, снижая кровоток в сосудах конечностей[51].
Множество подобных адаптаций, связанных с давлением, можно найти у других длинношеих существ, таких как окапи, верблюды и страусы, многие из которых служат дополнительными примерами конвергентной эволюции. Очевидно, что существуют проблемы, связанные с ростом, и эволюция изменила ряд ранее стандартных анатомических особенностей, чтобы справиться с ними.
Еще немного остановимся на теме сверхразмерных существ – мы живем в мире, где ограничения, налагаемые законами физики, предписывают: большинство киношных чудовищ моего детства на самом деле не могли бы существовать никогда. На ум сразу приходит Мотра, чешуекрылое размером с дирижабль. Хотя открытая система кровообращения, обнаруженная у насекомых, прекрасно подходит для маленьких и легких, мы видели, что она просто неприменима для гигантов. Но опять же, исключения бывают.
Наиболее впечатляющие из них – примерно 120 видов королевских крабов (семейство Lithodidae), которые могут достигать веса в 18 килограммов и размаха ног почти два метра. Еще одно водное размерное исключение – гигантский моллюск Tridacna gigas, способный сдвинуть стрелку весов на положение соответствующее примерно 250 килограммам, ширина которого может достигать более 1,2 метра. Их способность достигать подобных размеров связана со стационарным (сидячим) образом жизни, относительно низкими затратами энергии и, соответственно, низкими энергетическими потребностями[52].
Однако королевские крабы ведут более активный образ жизни. Ключевой фактор, позволяющий им стать огромным исключением из правил, – то, что они живут в морской воде, где ограничивающее влияние силы тяжести намного меньше, чем в воздухе.
Тело гигантского краба в океане испытывает притяжение гравитации, но из-за подъемной силы воздействие, тянущее его вниз, уменьшается. Это означает, что крабу требуется меньше усилий, чтобы стоять и передвигаться в водной среде, и открытая система кровообращения может удовлетворить его потребности в энергии и питательных веществах. Но, поскольку подъемная сила в воздухе намного меньше, если бы вы вытащили королевского краба на пляж, он оказался бы недостаточно сильным, чтобы поддерживать тело, противостоя гравитации. Открытая система кровообращения не сможет и обеспечить повышенные метаболические требования такого гигантского организма, даже если он сумеет пережить путешествие на пляж.
Так что – да, есть некоторые исключения из правила размера, но такие явления следует ожидать в животном царстве, разнообразие которого может удивить даже экспертов[53].
От щетинохвосток с двунаправленными кровеносными сосудами до гигантских кальмаров с тремя сердцами: удивительное разнообразие беспозвоночных четко отражается в их сердцах и системах кровообращения. Хотя окаменелая летопись мягкотканых структур предоставляет гораздо меньше материала для исследователей, изучающих раковины, кости и подобные штуки, совершенно ясно, что системы кровообращения эволюционировали в различных группах животных многократно и многообразно. То есть, хотя мы и можем исследовать родственные связи между группами животных и работу органов, подобных тем, что составляют их системы кровообращения, все же трудно определить происхождение кровеносных структур, таких как гемокоэль, вспомогательные сердца или, если уж на то пошло, гемолимфа, которая их заполняет.
В последующих главах мы вернемся к позвоночным, и проследить пути эволюции будет проще. Это потому, что количество моделей кровообращения у них гораздо более поддающееся исчислению и изучению, а кроме того, существует относительно четкая ископаемая летопись переходов, происходящих между рыбами, амфибиями и наземными позвоночными, такими как рептилии, птицы и млекопитающие. В конце концов, на сегодняшний день известно всего около 65 тысяч видов позвоночных, тогда как видов одних только жуков примерно в 5,5 раза больше. Конечно, системы кровообращения позвоночных тоже варьируют, и многие различия возникли при переходе от водного к наземному образу жизни. И опять же, многие из этих адаптаций помогут проиллюстрировать ограничения и компромиссы, с которыми сталкиваются позвоночные – существа, места обитания которых различаются от чернильно-черных океанских глубин до охотничьих угодий на высоте тысячи футов над поверхностью земли.