Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин

Животные пользуются двумя способами извлечения энергии из пищи: ее полным сжиганием в присутствии кислорода и брожением, когда окисление горючего происходит путем отщепления от него водорода. Второй путь используется реже, так как расщепление пищевых веществ идет в этом случае не до конца, а только до молочной кислоты, то есть не позволяет извлечь из «горючего» всей заключенной в нем энергии. Кроме того, молочная кислота вредна для клеток организма и может вызвать отравление.

Морские млекопитающие комбинируют оба способа извлечения энергии. Пока они плавают у поверхности океана и не испытывают недостатка в кислороде, идет обычное окисление энергетических материалов, но уйдя в глубины, животные прибегают к брожению. Отравления не наступает, так как при мускульном напряжении пережимаются сосуды и молочная кислота оказывается локализованной в мышце, то есть в наименее чувствительном к ее воздействию органе. У нырнувшего животного происходит перераспределение кровотока, благодаря чему кровью снабжается главным образом мозг, глаза и другие органы головы, а также сердце, и весь кислород используется только на работу этих важнейших органов.

Одновременно с подъемом к поверхности в организме восстанавливается нормальное кровообращение, а в крови резко возрастает количество молочной кислоты, вымываемой из мышц. При достаточном количестве кислорода кислота может быть доокислена, что дает двойной эффект: обезвреживается ядовитое вещество и извлекаются дополнительные порции энергии. Таким образом, временный переход на бескислородный способ обмена позволяет млекопитающим наносить продолжительные визиты в вотчину Посейдона.

В отличие от человека морские млекопитающие кессонной болезнью не страдают. Профессиональная болезнь водолазов возникает у людей при подъеме к поверхности воды после длительного пребывания на глубинах свыше 20 метров. Ее вызывает выделение пузырьков азота. Они растягивают ткани тела, особенно суставных сумок, вызывая сильную боль, а попадая в мелкие сосуды, закупоривают их, прекращая движение крови. Закупорка сосудов мозга приводит к гибели нервных клеток и серьезному нарушению функций нервной системы или гибели пострадавшего.

За время пребывания под водой в тканях тела водолаза успевает раствориться много азота. Ведь газы оказываются здесь под большим давлением. В жире и жироподобных веществах, которых в общей сложности в организме около 10 килограммов, азот растворяется в пять раз лучше. Таким образом, один жир способен накопить столько же азота, сколько все остальные ткани тела вместе взятые.

Морским млекопитающим кессонная болезнь не грозит. Они уносят в легких совсем немного азота и в отличие от водолазов эти запасы не возобновляют. У них нет возможности перенасытить свои ткани азотом. Кроме того, во время погружения азот из легких в кровь вообще не поступает. У китов уже на глубине 100 метров давление воды должно сильно сжать легкие и выдавить оттуда весь воздух, объем которого под воздействием высокого давления уменьшился в десять раз, в большую трахею, защищенную от сжатия костными кольцами. Кроме того, в результате перераспределения кровотока движение крови в легких прекращается, а это значит, что все пути проникновения азота в кровь оказываются перекрыты. В общем, в тканях тела у странствующих под водой животных не происходит накопления азота, а следовательно, нет и причин для возникновения кессонной болезни.

Жизнь на ощупь

Органы чувств, или рецепторы, как называют их ученые, должны сообщать своим владельцам обо всем, что творится в мире. Работа по приему, анализу, систематизации информации, отбору самой важнейшей и ее хранению является одним из главных и наиболее трудоемких видов мозговой деятельности. В этом отношении подданные Посейдона практически ничем не отличаются от других животных.

Другое дело — работа самих анализаторов. Обитатели океана, особенно живущие в толще воды, существуют в обедненной среде, в зоне информационного вакуума, где подолгу ничего не происходит, а значит, нечего и анализировать. В этом случае задача анализаторов упрощается: здесь трудно проморгать появление нового объекта или возникновение нового явления. Анализ полученной информации направлен на опознание каждого объекта или явления, установление его местоположения в пространстве и определение расстояния до этого объекта. Совершенно очевидно, что размер зоны действия анализаторов находится в соответствии с величиной животного.

Несмотря на значительные различия в характере поставляемой информации, принцип работы анализаторных систем имеет между собой много общего и сходен с характером их деятельности у наземных животных. Однако жизнь в толще воды вносит свои коррективы. Обитатели океана оснащены как самыми обычными анализаторами, встречающимися и у сухопутных животных, так и совершенно неожиданными, немыслимыми в воздушной среде.

Светочувствительные органы, видимо, были самыми первыми рецепторами живых существ. Это не случайно. Жизнь на Земле тесно связана со светом. Сухопутные животные значительную часть интересующей их информации получают с помощью зрения. Глаза способны давать более детальную информацию, чем любые другие органы чувств.

Нет необходимости рассказывать о принципе устройства глаз. Они общие для всех животных. Уместнее остановиться на свойствах морской воды как оптической среды и на особенностях зрительного аппарата, возникшего под ее воздействием. Свет распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду. Это значит, что зрительная информация практически мгновенно достигает глаз. При всем многообразии информации, которую черпает мозг из показаний зрительных рецепторов, сами рецепторные клетки способны воспринимать лишь разницу в интенсивности достигших их световых лучей и только у части животных позволяют определять длину световых волн и плоскость их поляризации.

Светочувствительные рецепторы есть у большинства животных. Ими владеют даже эвглены — одноклеточные зеленые водоросли. Настоящие глаза впервые появились у червей, причем сразу в двух сильно отличающихся вариантах: фасеточные, состоящие из множества простых глазков, и камерные, то есть того же типа, что и глаза человека. Наиболее совершенными фасеточными глазами обладают высшие ракообразные. Камерные глаза — непременный атрибут животных с развитым мозгом.

Фоторецепторы воспринимают свет с помощью фоточувствительных пигментов. Если нужно лишь уловить свет и оценить его интенсивность, достаточно одного пигмента. Наибольшее распространение получили два вещества. Красный палочковый пигмент родопсин характерен для сухопутных животных, человека и морских рыб. Выбор обитателей океана объясняется большей чувствительностью родопсина к световым лучам сине-зеленой части спектра, то есть к световым волнам длиной 470–480 нанометров, которые глубже всего проникают в толщу морской воды. Чувствительность пурпурного пигмента порфиропсина сдвинута в красную сторону, то есть в область более длинных волн. Им пользуются рыбы, живущие в менее прозрачной воде пресноводных водоемов, куда плохо проникают световые волны сине-зеленой части спектра. В рецепторных клетках глаз некоторых морских рыб одновременно присутствуют и родопсин и порфиропсин.

В камерном глазу позвоночных встречаются два типа светочувствительных клеток: палочки, предназначенные для сумеречного зрения, и колбочки, обеспечивающие цветное восприятие Палочки обладают высокой чувствительностью к свету. Если глаз животного привык к темноте, палочка способна возбудиться при воздействии всего 1 фотона. Это не значит, что животное заметит этот свет. Дело в том, что множество палочек сначала посылает свою информацию какой-то определенной биполярной клетке. В свою очередь, несколько биполярных клеток передают информацию определенной ганглиозной клетке, и по ее главному отростку — аксону информация поступает в мозг.

Чтобы раскачать эту громоздкую систему и заставить ее направить в мозг сообщение об изменении световой обстановки, требуется, чтобы как минимум 6–7 фотонов «кучно» бомбардировали сетчатку и были бы поглощены ею на крохотном участке, где сосредоточено не более 500 палочек. Хотя палочки весьма чувствительны к свету, структура их связей не позволяет обеспечить высокую разрешающую способность глаза, иными словами, не дает возможности разглядеть мелкие предметы.

Колбочковые пигменты менее чувствительны к свету, поэтому работать в полумраке не способны. Система сбора колбочковой информации устроена менее громоздко, чем палочковой. Колбочек на каждую ганглиозную клетку замыкается гораздо меньше, чем палочек, поэтому разрешающая способность системы достаточно высока. Читать, шить вышивать люди способны благодаря колбочкам.