Причины эмфиземы различны, это и редко встречающийся наследственный дефицит белка, защищающего легкие[22], и вдыхание производственной пыли и химических веществ, но основная причина – курение сигарет. В конечном итоге вместе с поражением дыхательной системы нарушается и ключевая функция системы кровообращения, поскольку кровь, возвращающаяся из пораженных эмфиземой легких, не в состоянии принести достаточное количество кислорода к тканям и органам тела, чтобы они могли нормально функционировать.
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.
3Голубая кровь и плохие суши
Я другой. У меня другое телосложение, у меня другой мозг, другое сердце.
Если у вас белая кость и голубая кровь, не обольщайтесь – вы просто костлявый осьминог.
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.
Эти брачные стаи ежегодно привлекают толпы любопытных на пляжи по всему атлантическому побережью, но мы с Лесли оказались там, чтобы исследовать сердечно-сосудистую систему мечехвоста, особенно его сердце и уникальные свойства крови. И вместо того, чтобы наблюдать оргии мечехвостов, мы думали о главной угрозе выживанию этих древних существ, связанной с теми же аспектами их биологии, которые привлекли нас в прибрежный Массачусетс.
Продемонстрировав свою находку, Дэн Гибсон осторожно вернул кладку в яму. После этого, отпечатав в коре головного мозга изображение крошечных сфер, мы с Лесли взяли собственные совочки и получили инструкции, как искать другие гнезда. Осмотрев широкий бетонный пандус, уходивший на мелководье метров на тридцать или больше, мы быстро решили отправиться на поиски более песчаного места. Я обнаружил, что самый длинный участок Монумент-Бич примыкает к большой стоянке. Было около полудня, и сейчас на ней расположилось с дюжину машин, в которых сидели люди, заехавшие перекусить или покурить, любуясь на океан.
Чего мы с Лесли не увидели на пляже, так это гнезд мечехвостов – по крайней мере, их было не так уж много, и ни одного не оказалось там, где нам предложили искать: на пляже рядом со старым причалом.
Когда через несколько минут мы встретились с Гибсоном, он выглядел расстроенным. Он рассказал, что строители покрыли 45 метров основного места нереста камнями размером с софтбол и бетоном и мечехвостам стало намного труднее достичь некогда предпочтительного места гнездования.
– Край берега у старого причала был спокойным местом, куда мечехвосты могли подойти и отложить яйца, тогда как остальная часть этого пляжа сильнее открыта волнам. Мечехвосты, выбравшиеся с глубины, обычно плывут параллельно береговой линии, пока не обнаружат идеальное место, – сказал Гибсон. – Теперь единственный для них способ найти этот старый участок пляжа – приблизиться к нему вплотную. Но, раз мечехвосты движутся вдоль берега, они наткнутся на новый причал.
Мечехвосты известны своей жизнестойкостью. Их ископаемая летопись началась примерно за 200 миллионов лет до первого динозавра и длится уже 445 миллионов лет. Мечехвосты – единственные выжившие из некогда разнообразного таксона членистоногих, в который входят и трилобиты, возможно, самые известные из древних беспозвоночных. Вам пришлось бы нелегко, если вас попросили бы припомнить группу животных, которая просуществовала так же долго, как мечехвосты. Из-за этого их обычно и называют живыми ископаемыми.
Поэтому очень тревожно звучат пессимистичные прогнозы исследователей мечехвостов, таких как Гибсон. К сожалению, положить конец впечатляющему рекорду долголетия угрожает не только разрушение среды обитания, но и некоторые другие факторы, в том числе связанные с уникальной сердечно-сосудистой системой мечехвоста.
Яйца мечехвоста и миниатюрные личинки, которые появляются из них примерно через две недели после оплодотворения – важный источник пищи для рыб и перелетных птиц, таких как исчезающий исландский песочник (