Борис Федорович Сергеев Занимательная физиология



жүктеу 3.41 Mb.
бет5/17
Дата04.09.2018
өлшемі3.41 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Фабрика-кухня
Пройдитесь по улицам большого города, и вы непременно встретите специализированные гастрономические магазины: диетические и детского питания. Здесь продают продукты для больных и малышей. Детским желудочкам не под силу справиться с тем, что едим мы, взрослые. И приходится варить молочные кашки, протирать овощи, делать паровые котлеты. Точно так же поступают и животные. На что уж наш городской воробей зерноядная птица, а настанет время выкармливать птенцов, и он хоть и морщится брезгливо, но тащит своим детишкам червяков, мошек и всяких прочих козявок.

Если бы дело заключалось только в неспособности детских желудков переваривать всякую пищу, природа бы без труда нашла решение такой простой задачи. Вот, к примеру, волчата: в их желудках не вырабатываются ферменты, способные переваривать мясо. Родителей это ничуть не смущает. Взрослые волки отправляют пойманную добычу в собственные желудки, а когда она там достаточно упреет, отрыгивают и этим полупереваренным мясом, обильно пропитанным желудочным соком, кормят волчат. Так что малыши получают не только продукты питания, но и желудочный сок для их дальнейшей обработки. Аналогичным образом могли поступать любые животные, но это все равно не решило бы проблемы. В пище взрослых может недоставать каких-либо важных для растущего организма веществ, поэтому-то у каждого вида животных для выращивания малышей используются свои особые продукты детского питания.

Пища детей должна отвечать многим требованиям: содержать абсолютно все необходимое для нормального роста и развития, легко перевариваться в их желудочках, иметься в достаточных количествах и поступать без всяких перебоев. Даже богатой на выдумки природе справиться с этой задачей оказалось не легко.

В конце концов решение проблемы было найдено, но для этого пришлось родителей снабдить фабрикой-кухней или, точнее, молокозаводами: на земле появились млекопитающие! Эта революция имела очень далекие последствия.

Возникшая у далеких предков млекопитающих животных способность вскармливать детенышей молоком (лактация) и связанная с ней живорождаемость определили весь дальнейший ход эволюции животных на нашей планете. Этим была обеспечена очень высокая выживаемость потомства, что, в свою очередь, позволило резко сократить количество детенышей. Молодое поколение застраховано от капризов погоды. Ни холод, ни засуха, ни проливные дожди, даже временная бескормица детенышам млекопитающих не страшны. Пока в теле матери сохранится хоть капля жира, фабрика молока будет работать нормально. У некоторых млекопитающих самки, пока выкармливают детей, вообще ничего не едят. Так поступают наши бурые мишки. Медвежата у них рождаются еще зимой, задолго до того, как мать покинет берлогу.

Длительная совместная жизнь детенышей и родителей, то есть появление семьи, значительно изменило характер эволюции млекопитающих. Детеныши млекопитающих чаще выживают у наиболее приспособленных родителей, которые лучше умеют добывать корм, лучше обороняться. А так как дети обычно бывают похожи на родителей, то в конечном счете выживают наиболее приспособленные детеныши. Это ускорило темп эволюции.

Совсем иное дело рыбы и амфибии. Родители по силе и выносливости могут быть олимпийскими чемпионами среди себе подобных, а по уму профессорами, но нередко случается, что их икра или молодь, пока она еще беспомощна, нацело погибает, а потомство глупых, менее приспособленных родителей может выжить. Вот и протекает эволюция низших животных медленно, не торопясь.

Возникновение у млекопитающих семьи создало условия для того, чтобы их эволюция пошла по новому пути.

У всех зверей выживают в первую очередь самые быстроногие, самые зубастые. Для млекопитающих гораздо большее значение приобрел ум, развитие головного мозга. Ведь родители не только кормят и охраняют своих детей, но и учат их разыскивать корм, спасаться от врагов. Они передают детям то, что сами почерпнули от своих родителей и чему научила их потом жизнь. Это дает возможность млекопитающим накапливать и из поколения в поколение передавать накопленный опыт. Естественно, чаще выживают более способные, более умные ученики. Поэтому в первую очередь совершенствуется мозг.

Ни у кого из животных развитие мозга не шло такими быстрыми темпами. Это дало млекопитающим решительное преимущество перед другими классами животных и обеспечило дальнейшее прогрессивное развитие вплоть до появления самого высшего существа нашей планеты – человека. Таким образом, не будет преувеличением говорить, что молоко явилось предпосылкой для возникновения человечества.

Сейчас трудно сказать что-нибудь определенное о том, как возникла лактация. Неясно даже, с чего начался этот процесс: с возникновения живорождения и был вызван необходимостью обеспечить маленьких беспомощных детенышей подходящим для них питанием или, наоборот, появление лактации дало толчок к возникновению живорождения. Видимо, все-таки первично возникла лактация. Во всяком случае, среди современных млекопитающих есть и такие, кто откладывает яйца. Это знаменитые утконос и ехидна. Детей же они, как и все порядочные млекопитающие, выкармливают молоком.

Гораздо больше сведений о происхождении молочных желез. Оказывается, они не что иное, как сильно видоизмененные потовые железы. У предков современных млекопитающих каждая крохотная молочная железа (а их было очень много) открывалась прямо наружу, никакого соска у них еще не было. Аналогично устройство молочных желез у современных утконосов. У них около 200 железок открывают свои протоки на определенном участке кожи живота, носящем название молочного поля. Утконос дал ученым особенно убедительные доказательства, что молочные железы произошли от потовых. По всему телу этого животного разбросаны потовые и сальные железки, протоки которых открываются наружу в непосредственной близости от волосяных влагалищ, и только на молочном поле в этом комплексе: волосяное влагалище, сальная и потовая железы, последняя заменена молочной. Выделяющееся из железок молоко стекает по специальным жестким «молочным» волосам, откуда его и слизывают малютки утконосы.

У высших млекопитающих отдельные железки собираются в компактные образования, пронизанные выводными каналами, соединяющимися в один или несколько общих выводных протоков.

Молочная железа может достигать внушительных размеров. Вспомните, как велико вымя у коров молочных пород. Но даже молочные породы скота, специально выведенные человеком в течение тысячелетий, не рекордсмены в этом отношении. У обыкновенных мышей вес молочных желез составляет 7, а при заполнении их молоком 20 процентов от веса тела. Это показывает, что выбор для производства молока именно коров не во всех отношениях удачен. Кстати, в научно-исследовательских целях уже созданы и успешно работают электродоильные аппараты для белых мышей. Теперь в некоторых крупных питомниках, где разводят этих животных, можно дегустировать этот напиток.

Сформировавшаяся молочная железа высших животных снабжена специальным двигательным аппаратом, миоэпителием. У кенгуру и других сумчатых животных детеныш рождается таким слабеньким, что ему только-только хватает сил доползти до соска и уцепиться за него. В таком положении он и проводит первые месяцы жизни. Молоко выдавливается ему в рот при сокращении специальной подкожной мышцы.

Так же впрыскивают молоко своим детям китихи и другие водные животные. Детеныши рождаются у них большими и сильными, но под водой сосать не так-то просто. Вот мамам и приходится помогать.

Механизм работы молочных желез характерен для всех экскреторных (выделительных) органов. И в почках, и в слюнных, и в потовых, и в молочных железах сначала в просвет канальцев просачивается жидкость, очень похожая по составу на обычную межклеточную, состоящую из воды и небольшого количества натрия. Затем натрий или просто забирается обратно, как это происходит в почках, или обменивается на осмотически активные вещества, на белки, сахара или на различные элементы: калий, кальций, марганец и другие, как это происходит в молочной железе.

Молоко всех животных содержит белки, жиры, особый, свойственный только молоку углевод – лактозу, кальций, натрий, марганец, хлор, калий и много других минеральных веществ, витамины, гормоны. Иными словами, абсолютно все, что может потребоваться молодому растущему организму. Все это есть в любом молоке, но только в различных пропорциях. У животных, детеныши которых растут очень быстро, в молоке особенно много белка и жиров. Самое жирное молоко, содержащее свыше 53 процентов жира, у тюленей и серых китов. Благодаря этому китенок ежедневно прибавляет в весе по 100 килограммов! Около 25 процентов жира в заячьем молоке. Пользуясь этим, зайчихи кормят своих детенышей не чаще чем два-три раза в неделю. По сравнению с этими животными женское и коровье молоко кажется просто обезжиренным, в нем всего 3–6 процентов жира. Зато женское молоко самое сладкое. В нем около 7 процентов молочного сахара (лактозы). В этом отношении с ним может соперничать лишь молоко кобыл.

Длительность лактации различна. Обычно чем продолжительнее беременность, тем длительнее лактация, но от этого правила много отступлений. Утконос насиживает яйца всего 13–14 дней, а детеныши питаются молоком 3–4 месяца. То же самое наблюдается у сумчатых: беременность у них длится всего несколько дней, а лактация несколько месяцев. У морских свинок, наоборот, беременность продолжается два месяца, а кормят молоком они всего 10–12 дней. Еще более разительна эта разница у тюленя, который вынашивает детенышей 275 дней, а молоком они питаются только 14–17.

У большинства животных продолжительность лактации можно значительно увеличить. Это широко используется в животноводстве. Ведь дикие коровы лактируют более короткий период, чем домашние.

Особенно разительны случаи длительной лактации у человека. В некоторых районах Полинезии принято, чтобы женщины кормили грудью своих детей в течение первых 6 лет их жизни, а у эскимосов еще дольше, нередко до 15 лет. Способность к такой продолжительной лактации свойственна отнюдь не только каким-то отдельным национальностям. В магометанских странах невольницы гаремов, а они могли быть представительницами самых различных наций, десятками лет использовались как кормилицы и выкармливали за это время грудным молоком весьма многочисленное потомство своих повелителей.

У каждого вида высших млекопитающих строго определенное число молочных желез. Человеку от природы дано две, но иногда возникают дополнительные железки, которые обычно большого развития не получают. У некоторых народов дополнительные молочные железы встречаются особенно часто. Их имеет почти каждая четвертая или пятая японка.

О возможности появления дополнительных молочных желез знали еще в древности. Недаром фригийцы изображали Великую мать богов и всего живущего на Земле, богиню Кибелу, олицетворяющую плодородие, в виде молодой женщины с семью грудными железами. Впрочем, каждая современная женщина капельку Кибела. Ученые нашли крупные железки, расположенные у женщин на шее, которые во время беременности гипертрофируются и начинают усиленно секретировать. Такой же характер носят подмышечные железы. Секрет, выделяемый ими во время беременности и после родов, по внешнему виду напоминает молоко и в нем содержатся микроскопические образования, сходные с молозивными тельцами, которые в этот период продуцируются и главными молочными железами.

Начало функционирования и даже развитие молочных желез связаны с беременностью и родами. Только у человека внешний размер молочных желез достигает значительной величины еще задолго до наступления первой беременности. Ученые предполагают, что эта особенность выработалась у человека путем естественного отбора. Видимо, даже очень далекие наши предки, человеко-обезьяны, уже были эстетами и выбирали себе жен с красивой фигурой. Очевидно, еще в те времена девушки с плоской, как у мужчины, грудью имели меньше шансов выйти замуж, чем пышногрудые красавицы. Так, передаваясь из поколения в поколение, этот признак закрепился и стал своеобразной особенностью человека.

Работа молочных желез может начаться у человека задолго до наступления беременности. Очень часто наблюдается припухание молочных желез и и выделение «ведьмина молока» у новорожденных. Объясняется это проникновением (еще до рождения) из крови матери гормонов, стимулирующих лактацию.

Молочные железы есть не только у самок, но и у всех самцов. Зачем они нужны самцам, ответить никто не может. Более бесполезный орган придумать трудно. Недаром в народе бытует поговорка: сколько с быком ни биться, а молока от него не добиться! Действительно, на протяжении десятков миллионов лет существуют молочные железы самцов, существуют без всякой видимой пользы.

Но скажем прямо, глубокая убежденность в недееспособности молочных желез самцов необоснованна. У многих млекопитающих молочные железы самцов хотя и не достигают полного развития, но в определенные периоды жизни проявляют признаки роста и даже секреторную активность. Мало того, существуют животные, у которых молочные железы самцов развиваются так же, как и железы самок, и в период размножения самцы, как и самки, секретируют молоко. Выделение молока самцами известно у утконосов и родственных им животных. Интересно отметить, что молоко это пропадает впустую, так как самцы никакого участия в выкармливании детенышей не принимают.

Зачатки мужских и женских молочных желез у многих млекопитающих вполне идентичны. Поэтому с помощью определенных эндокринных воздействий мужские железы можно заставить полноценно функционировать. В медицинской практике известно немало случаев, когда вследствие заболевания эндокринных органов у мужчин начинали функционировать молочные железы. Мало того, известны случаи, когда у вполне здоровых мужчин под влиянием сосания возникала лактация. Так что попытка раздоить быка может оказаться не безнадежной.

Очень широко известно, что ни рыбы, ни лягушки, ни змеи, ни тем более птицы продуцировать молоко неспособны. Недаром птичье молоко стало синонимом абсолютно невозможного, нереального, по сравнению с чем все остальное кажется осуществимым. Не случайно, когда мы хотим подчеркнуть, что готовы для друзей на все, даже совершить невозможное, мы говорим:

– Кроме птичьего молока, проси все, чего хочешь.



Нельзя сказать, чтобы природа до появления на Земле млекопитающих не делала никаких попыток обеспечить детенышей остальных животных родительским молоком. Подобных попыток известно немало. Так, у многих кровососущих мух личинки до превращения в куколку развиваются внутри тела матери в своеобразной матке и кормятся секретом специальных желез, в котором содержатся белки, жиры и другие питательные вещества.

У наших медоносных пчел есть специальные «молочные железы», расположенные под челюстями. Железы развиваются лишь у рабочих пчел. Они особенно интенсивно функционируют с четвертого до восьмого дня жизни, и на это время пчела становится кормилицей в своей многочисленной семье.

Пчелиное молочко настолько питательно, что позволяет матке откладывать в день до двух тысяч яичек. Приплод одного дня может весить больше, чем их производительница, а она при этом нисколько не худеет. Курице, чтобы сравняться в этом отношении с пчелиной маткой, пришлось бы откладывать в день по 50 яиц. Вот какой превосходный корм – пчелиное молочко.

Термиты и муравьи кормят своих личинок и даже яйца слюной. Не удивляйтесь, яички этих насекомых, как и яйца всех других животных, конечно, не имеют ни рта, ни желудка. Просто кормилица беспрерывно облизывает их. Слюна и содержащиеся в ней питательные вещества проникают сквозь оболочку внутрь. Яйцо на глазах набухает, увеличиваясь в размере в три, в четыре раза.

Есть фабрика-кухня и у рыб. Круглые, как блин, дискусы, живущие в Амазонке, выкармливают мальков желтоватой слизью собственного тела. Первые сутки только что вылупившиеся малыши лежат на листе какого-нибудь растения, а когда проголодаются, набрасываются на охраняющую их мать и объедают с ее тела всю слизь. Сытые крошки обратно на лист больше не возвращаются. Прикрепившись к остаткам слизи, они повисают гроздьями на спине и боках своей матери и с комфортом путешествуют в подводном царстве. Когда же наступает время следующей кормежки, самка зовет на помощь самца и стряхивает ему на спину проголодавшихся детей. Так по очереди, сменяя друг друга, выкармливают заботливые родители свое многочисленное потомство, и только много позже мальки начинают питаться самостоятельно.

Как известно, большинство птиц очень заботливые родители. Вот кому молоко могло бы особенно пригодиться. И как это ни прозвучит невероятно, птичье молоко все-таки существует. Продуцировать его способны только голуби. Птичье молочко – беловатая жидкость образуется у голубей в зобе в результате своеобразного перерождения его стенок.

Этим молочком, смешанным обычно с размоченным зерном, кормят родители своих детенышей. У голубей молочко вырабатывается обоими родителями, и оба они могут выкармливать птенцов. Другая особенность голубиного молочка в том, что в его образовании есть известное сходство с образованием молока млекопитающих: и у тех и у других в регуляции производства молока важную роль играет гормон гипофиза – пролактин.

Вентиляция
Элемент жизни
Для создания новых молекул, а в конечном итоге для построения новых клеток нужна энергия. Не меньше ее расходуется и на работу отдельных органов и тканей. Все энергетические затраты организма покрываются за счет окисления белков, жиров и углеводов, попросту говоря – сгорания этих веществ.

Для окисления необходим кислород. Доставкой его и заняты органы дыхания. У человека эту функцию выполняют легкие. Однако не следует называть дыханием ритмические движения грудной клетки, в результате которых воздух то засасывается в легкие, то выдавливается наружу. Это еще не само дыхание, а всего лишь транспортировка необходимого для него кислорода.

Сущностью дыхания являются окислительные процессы, которые лишь отдаленно напоминают горение и ни в коей мере не могут быть с ним отождествлены. При обычном горении кислород непосредственно присоединяется к окисляемому веществу. При биологическом окислении белков, жиров или углеводов у них отнимается водород, который, в свою очередь, восстанавливает кислород, образуя воду. Запомните эту схему тканевого дыхания, нам еще придется к ней вернуться.

Окисление – важнейший способ получения энергии. Вот почему астрономы, изучая планеты солнечной системы, в первую очередь стараются узнать, есть ли на них кислород и вода. Там, где они имеются, можно ожидать существование жизни. Недаром радостная весть о первой в мире мягкой посадке советской межпланетной станции «Венера-4» на планету Венера была омрачена сообщением, что в ее атмосфере практически нет свободного кислорода, очень мало воды и температура достигает 300 градусов.

Однако унывать не стоит. Даже если на Венере и нет совершенно никаких следов жизни, для этой планеты еще не все потеряно. Можно поселить в верхних слоях ее атмосферы, где не так жарко, примитивные одноклеточные растения, которые потребляли бы углекислый газ и продуцировали кислород. Очень высокая плотность венерианской атмосферы позволит крохотным одноклеточным существам плавать в ней, не падая на поверхность планеты. С помощью таких организмов в конечном итоге удалось бы коренным образом изменить газовый состав атмосферы Венеры.

Эта задача для зеленых растений вполне по силам. Ведь и наша земная атмосфера в том виде, какой мы ее знаем, создана живыми организмами. Сейчас растения Земли ежегодно потребляют 650 миллиардов тонн углекислого газа, при этом они продуцируют 350 миллиардов тонн кислорода. Когда-то и в земной атмосфере кислорода было значительно меньше, чем теперь, а углекислого газа гораздо больше. Нужно только запастись терпением. Нескольких сотен миллионов лет будет, вероятно, вполне достаточно, чтобы в корне преобразовать атмосферу Венеры. Есть основания предполагать, что к тому времени и температура на этой планете значительно снизится (ведь и на Земле было когда-то горячо). Тогда земляне смогут чувствовать себя там совсем как дома!
Отдел снабжения
Чтобы жить, необходимо где-то достать кислород, а затем снабдить им каждую клеточку организма. Большинство животных нашей планеты черпают кислород из атмосферы или извлекают кислород, растворенный в воде. Для этого используются легкие или жабры, а затем уже кровь доставляет его во все уголки организма.

Может на первый взгляд показаться, что извлечение кислорода из воды или воздуха – наиболее сложная часть задачи. Ничуть не бывало. Животным не пришлось придумывать никаких специальных приспособлений. Кислород проникает в протекающую по легким или жабрам кровь лишь благодаря диффузии, то есть потому, что в крови его меньше, чем в окружающей среде, а газообразные и жидкие вещества стараются распределиться так, чтобы их содержание всюду было одинаковым.

Природа не сразу додумалась до легких и жабр. Первые многоклеточные живые организмы их не имели, они дышали всей поверхностью тела. Все последующие более развитые животные, в том числе и человек, хотя и приобрели специальные органы дыхания, но способность дышать кожей не утратили. Лишь звери, одетые в броню: черепахи, броненосцы, крабы и им подобные – не пользуются этой привилегией.

У человека в дыхании принимает участие вся поверхность тела, от самого толстого эпидермиса пяток до покрытой волосами кожи головы. Особенно усиленно дышит кожа на груди, спине и животе. Интересно, что по интенсивности дыхания эти участки кожи значительно превосходят легкие. Так, например, с одинаковой по размеру дыхательной поверхности кислорода здесь может поглощаться на 28, а выделяться углекислого газа даже на 54 процента больше, чем в легких.

Чем обусловлено такое превосходство кожи над легкими, неизвестно. Возможно, тем, что кожа дышит чистым воздухом, а свои легкие мы проветриваем плохо. Даже при самом глубоком выдохе в легких остается известный запас воздуха далеко не лучшего состава, в котором значительно меньше кислорода, чем бывает в наружной атмосфере, и очень много углекислого газа. Когда мы делаем очередной вдох, вновь поступающий воздух смешивается с уже находящимся в легких, и это сильно снижает качество последнего. Не мудрено, если в этом и кроется преимущество кожного дыхания.

Однако доля участия кожи в общем дыхательном балансе человека по сравнению с легкими ничтожна. Ведь общая ее поверхность у человека едва достигает 2 квадратных метров, тогда как поверхность легких, если развернуть все 700 миллионов альвеол, микроскопических пузырьков, через стенки которых и происходит газообмен между воздухом и кровью, составляет по меньшей мере 90–100, то есть в 45–50 раз больше.

Дыхание через наружные покровы тела может обеспечить кислородом только очень небольших животных. Поэтому еще на заре возникновения животного царства природа примеривала, что бы для этого использовать. Прежде всего выбор пал на органы пищеварения.

Кишечнополостные животные состоят всего из двух слоев клеток. Наружный извлекает кислород из окружающей среды, внутренний из воды, свободно поступающей в кишечную полость. Уже плоские черви, обладатели более сложных пищеварительных органов, пользоваться ими для дыхания не могли. И вынуждены были оставаться плоскими, так как в большом объеме диффузия не способна обеспечить кислородом глубоко лежащие ткани.

Многие из кольчатых червей, появившихся на Земле вслед за плоскими, тоже обходятся кожным дыханием, но это оказалось возможным только потому, что у них уже появились органы кровообращения, которые разносят кислород по всему телу. Впрочем, некоторые кольчецы обзавелись первым специальным органом для извлечения кислорода из окружающей воды – жабрами.

У всех последующих животных аналогичные органы строились в основном по двум схемам. Если кислород нужно было получать из воды, то это были специальные выросты или выпячивания, свободно омываемые водой. Если кислород извлекался из воздуха, это были вдавления, от простого мешка, каким является дыхательный орган виноградной улитки или легкие тритонов и саламандр, до сложно устроенных, похожих на виноградные гроздья блоков микроскопических пузырьков, какими стали легкие млекопитающих.

Условия дыхания в воде и на суше сильно разнятся друг от друга. При самых благоприятных условиях в литре воды содержится всего 10 кубических сантиметров кислорода, тогда как в литре воздуха его 210, то есть в 20 раз больше. Поэтому может вызвать удивление, что дыхательные органы водных животных не могут извлекать из столь богатой среды, какой является воздух, достаточного количества кислорода. Устройство жабр таково, что они могли бы успешно справляться со своей задачей и на воздухе, если бы их тоненькие пластинки, лишенные опоры, которую дает вода, не слипались бы между собой и, лишенные защиты, не подсыхали. А это вызывает прекращение циркуляции крови и тем самым приостановку дыхательной функции.

Интересно происхождение дыхательных органов. Природа для их создания использовала то, что было опробовано еще у очень низкоорганизованных существ: кожные покровы и органы пищеварения. Жабры морских червей всего лишь сильно усложненные выросты наружных покровов. У всех позвоночных животных жабры и легкие по своему происхождению являются производными передней кишки.

Очень своеобразна дыхательная система насекомых. Они решили, что не стоит сильно осложнять вопрос. Проще всего дать возможность воздуху непосредственно добираться до каждого из органов, где бы они ни располагались. Осуществляется это очень просто. Все тело насекомых пронизано системой сложноветвящихся трубочек. Даже мозг и тот изрешечен воздухоносными трахеями, так что у них в буквальном смысле слова в голове гуляет ветер.

Трахеи, ветвясь, все уменьшаются в диаметре, пока не станут совсем тоненькими, благодаря чему они могут подойти буквально к каждой клеточке тела, и здесь нередко распадаются на пучок уж совсем мельчайших трахеол, диаметром менее одного микрона, которые входят прямо в протоплазму клеток, так что кислород у насекомых доставляется прямо к месту назначения. Особенно много трахеол в клетках, которые усиленно потребляют кислород: в крупных клетках летательных мышц они создают целые сплетения.

Воздухоносные пути насекомых могут сами разыскивать места, где кислорода становится мало. Так ведут себя трахеолы эпидермиса, крохотные, диаметром меньше одного микрона и длиной не больше трети миллиметра, слепо заканчивающиеся трубочки. Когда вблизи них появляются участки тканей, интенсивно потребляющие кислород, окружающие трахеолы начинают тянуться, увеличиваясь в длину нередко на целый миллиметр.

На первый взгляд кажется, что насекомые удачно решили проблему снабжения кислородом, только практика этого не подтверждает. Сильный сквознячок в их теле способен быстро высушить насекомое. Чтобы этого не произошло, отверстия трахей открываются лишь на очень короткий срок, а у многих водных насекомых они вообще запечатаны. В этом случае кислород путем диффузии через покровы тела или жабры просачивается в воздухоносные пути и распространяется дальше по ним тоже путем диффузии.

Крупные сухопутные насекомые дышат активно. 70–80 раз в минуту мышцы брюшка сокращаются, оно уплощается, и воздух выдавливается наружу. Затем мышцы расслабляются, брюшко принимает прежнюю форму, а воздух засасывается внутрь. Интересно, что для вдоха и выдоха чаще всего используются разные дыхательные отверстия, вдох осуществляется через грудные, выдох через брюшные.

Нередко главные дыхательные органы не в состоянии выполнить свою задачу. Это наблюдается у животных, которые переселились в крайне бедную кислородом или вовсе несвойственную для них среду. И тут уж чего-чего не привлекает природа в помощь основным дыхательным органам.

В первую очередь широко используются и модернизируются уже испытанные средства. На юге нашей Родины широко известна небольшая рыбешка – вьюн. Встречается она нередко в пересыхающих на лето ручьях, в старицах, полностью утративших связь с рекой. В таких водоемах дно обычно илистое, масса гниющих растений, и поэтому в жаркое летнее время в воде очень мало кислорода. Чтобы не задохнуться, вьюнам приходится «питаться» воздухом. Попросту говоря, они его едят, заглатывают и, как пищу, пропускают через кишечник. Пищеварение идет в передней части кишечника, дыхание в задней.

Чтобы пищеварение меньше мешало дыханию, в средней части кишечника находятся особые секреторные клетки, которые обволакивают слизью приходящие сюда пищевые остатки, благодаря чему они очень быстро проскакивают через дыхательную часть кишки. Точно так же дышат две другие наши пресноводные рыбы, голец и шиповка. Вряд ли выполнение одним органом двойной функции (дыхания и пищеварения) удобно. Видимо, поэтому у большого отряда пресноводных рыб из тропической Азии появился дополнительный дыхательный аппарат – лабиринт – система очень сложно переплетающихся каналов и полостей, расположенных в расширенной части первой жаберной дуги.

Ученые не сразу поняли значение лабиринта. Знаменитый Кювье, который, препарируя анабасов, впервые обнаружил и окрестил этот загадочный орган, предположил, что в лабиринте рыбы держат воду, когда вылезают из водоема. Анабас любит попутешествовать, легко переползая из одного водоема в другой.

Не помогли разъяснить функцию и наблюдения за рыбами в природе. Английский зоолог Коммерсон, первым из европейцев встретившийся с довольно крупной рыбой – гурами, которую местное население издавна разводило в прудах, назвал ее Osphromenus olfacs, что в переподе с латыни означает Нюхатель обоняющий. Наблюдая за рыбами, англичанин видел, что они беспрерывно поднимались к поверхности и, высунув наружу рыло, втягивали воздух. В те времена никому и в голову не могло прийти, что рыбы дышат воздухом! Вот Коммерсон и решил, что гурами всплывают наверх, чтобы выяснить, чем пахнет на белом свете.

Много позже, когда они попали к аквариумистам Европы, стало понятно, что лабиринтовые рыбы дышат воздухом. Жабры у них недоразвиты, и лабиринт играет видную роль в обеспечении кислородом. Обходиться без воздуха они не могут. Если их посадить в аквариум с самой чистой, богатой кислородом водой, но лишить возможности всплывать к поверхности и набирать воздух, лабиринтовые рыбки попросту «захлебнутся» и «утонут».

Нелегко дышится и лягушкам, легкие у них далеко не первого сорта, вот и приходится им порой изощряться. В 1900 году в Габоне (Африка) была поймана волосатая лягушка. Это известие всколыхнуло весь научный мир. В ученых кругах считалось точно установленным, что волосяной покров – прерогатива млекопитающих. Лягушки же, как известно, «ходят» голые. Было непонятно, почему у габонских модниц бока и лапы покрыты шерстью. Трудно было предположить, что им холодно. Ведь если даже наши северные лягушки, живущие чуть ли не у Полярного круга, не мерзнут, то почему стало холодно их африканским сестрам?

Секрет лягушачьих манто существовал недолго. Стоило взглянуть на странную шерсть в микроскоп, как стало ясно, что это простые выросты кожи. Такая «шерсть» греть, конечно, не может, да в Габоне и не бывает холодов. Последующие исследования показали, что волосы выполняют у лягушек функцию своеобразных жабр, с помощью которых они дышат и в воде и на суше. Шерсть растет только у самцов. В период размножения на их плечи ложится немалая физическая нагрузка, и, не будь у них «волос», одышка и недостаток кислорода помешали бы ее выполнить.

Еще интереснее дыхание илистого прыгуна. Живет эта рыба в тропической Индии и не столько в воде, сколько в грязи. Рыбки скорее сухопутные существа. Они могут совершать по суше большие путешествия и даже отлично лазают по деревьям. На берегу эти рыбы дышат хвостом, кожа которого имеет сильно разветвленную кровеносную сеть.

В процессе изучения дыхания илистых прыгунов произошла забавная ошибка. Попросту говоря, прыгуны оказались злостными обманщиками. Ученые подметили, что хотя большую часть дня рыбки проводят на суше, где в основном и добывают себе пищу, ловко хватая пролетающих мимо насекомых, но полностью расставаться с водой не любят. Чаще всего они сидят по краям лужи, опустив в воду хвосты. Прыгнув за пролетавшей мимо бабочкой, рыбка пятится назад, пока не опустит хвост в воду.

Наблюдая такие сценки, ученые решили, что с помощью хвоста прыгун извлекает из воды кислород. Однако, когда догадались замерить количество кислорода, содержащегося в воде, увидели: его там так мало, что не имеет смысла и хвост мочить. Как теперь выяснилось, с помощью хвоста прыгун сосет воду, которая ему очень нужна, чтобы увлажнять остальные части тела, выделять достаточное количество слизи. В это время через хвост он кислорода почти не получает. Зато, когда, запасшись достаточным количеством воды, он покидает водоем, хвост становится главным дыхательным аппаратом.

Умбра, или, как ее у нас называют, рыба-евдошка, дышит плавательным пузырем. Живет она в Молдавии в низовьях Днестра и Дуная. Плавательный пузырь у евдошки связан с глоткой широким протоком. Высунувшись из воды, рыба наполняет воздухом пузырь. Он густо оплетен кровеносными сосудами, и кислород легко проникает здесь в кровь. Отработанный воздух, насыщенный углекислым газом, умбра время от времени выплевывает. Дыхание через плавательный пузырь для умбры не забава. Если ее лишить возможности заглатывать воздух, она проживет не больше суток.

Не только для умбры, но и для многих рыб воздух совершенно необходим, правда, по другой причине. Мальки большинства рыб, вылупившись из икринки, обязательно должны сделать хоть один вдох. Вот почему рыбы чаще всего мечут икру в неглубоких местах. Иначе у слабеньких малышей не хватит силенок, чтобы всплыть на поверхность. Воздух малькам нужен для того, чтобы наполнить им плавательный пузырь. Через несколько дней проток, соединяющий пузырь с пищеводом, зарастет, и рыбешки, лишенные возможности произвольно уменьшать свой удельный вес, погибнут от переутомления.

У открытопузырных рыб проток плавательного пузыря не зарастает. Эти рыбы до глубокой старости сохраняют способность заглатывать новые порции воздуха, когда собираются плавать у поверхности, и выдавливать излишек, если им хочется спуститься на глубину. Но, видимо, подниматься к поверхности не всегда безопасно, и поэтому рыбы чаще пользуются другим способом, чтобы поддерживать количество газов в пузыре на нужном уровне. Этот способ – активная секреция газов с помощью газовой железы.

Еще на заре изучения дыхания возникло предположение, что кислород, поступивший в легкие, захватывается стенкой альвеол, которая затем секретирует его в кровь. Теория эта впоследствии не оправдалась. Дело не в том, что подобные явления невозможны, просто в легких они оказались ненужными. Для плавательного пузыря закрытопузырных рыб этот способ оказался единственно возможным. Основным рабочим органом железы является чудесная сеть, состоящая из трех последовательно соединенных капиллярных сплетений. Подсчитали, что объем крови, который может поместиться в чудесной сети, невелик, около одной капли, зато площадь сети огромна, ведь она состоит из 88 тысяч венозных и 116 тысяч артериальных капилляров, общая длина которых равняется без малого километру. Кроме того, железа имеет множество канальцев. Считается, что секрет, который она выделяет в просвет пузыря, распадается там, выделяя кислород и азот.

Благодаря тому, что газ в плавательном пузыре создается железой, а не берется из атмосферы, его состав сильно отличается от наружного воздуха. Чаще всего там преобладает кислород, иногда его бывает до 90 процентов.


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет