Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

Жабры – орган дыхания преимущественно подводный, легкие – наземный, но, как ни странно, необязательно. Формально говоря, жабры от легких отличаются тем, что легкие – это мешок для кислорода внутри тела, опутанный кровеносными сосудами, а жабры – тот же мешок, только вывернутый наизнанку, так, что сосуды у него внутри, а сам мешок торчит во внешнюю среду²⁸.

Легкие хуже подходят для водной среды, потому что в воде по сравнению с атмосферой мало кислорода. При 15 °C в литре воды его в 28 раз меньше, чем в литре воздуха. Если бы рыбы дышали легкими, то им бы приходилось качать туда-сюда огромные объемы воды и тратить все свои силы на пыхтение. В таких условиях жабры эффективнее: рыба плывет вперед, а вода непрерывно их омывает (это напоминает непрерывное питание червей, впервые открывших прелести двусторонней кишки). В итоге через жабры за единицу времени успевает протечь больше воды, чем через легкие.

На суше же рыбы задыхаются точно так же, как люди под водой. Если вдуматься, то причины этого совсем не очевидны – кислорода же должно быть больше! Проблема в том, что жабры представляют собой гребни из тончайших складок, между которыми обычно протекает насыщенная кислородом вода. Эти складки мягкие и нежные, что помогает лучше впитывать кислород, но на суше, без поддержки воды, они склеиваются, как мокрые волосы. Площадь поверхности падает почти до нуля, и рыба задыхается.

Можно ли теоретически решить эту проблему? Оказывается, можно. Ее решил, например, пальмовый вор, также известный как кокосовый краб: родственник рака-отшельника, живущий на суше и дышащий жабрами. Эти жабры у него элементарно более твердые, что позволяет их поверхностям не склеиваться²⁸. Результат – ни много ни мало самое большое наземное беспозвоночное, бронированное чудище размером с собаку, ужасающее своими размерами, но вообще-то к агрессии совершенно не склонное. (Фотографию пальмового вора рекомендую загуглить, но предупреждаю: зрелище не для слабонервных.)

КСТАТИ

У пальмовых воров – наземные жабры, а у морских огурцов – подводные легкие. Впрочем, огурцы впитывают кислород всей поверхностью тела, так что их легкие просто увеличивают площадь впитывающей поверхности.

Так что в принципе наземные жабры возможны. Но наземные животные, чьи предки рыбы, конечно, дышали жабрами, на каком-то этапе столкнулись с фундаментальной проблемой жизни на суше: высыханием.

В органе дыхания по определению должен осуществляться газообмен, поэтому из него обязательно будет выпариваться и вода. Следовательно, задача животного – получить максимум кислорода при минимальных потерях влаги. Легкие позволяют временно изолировать объем воздуха от окружающей среды и собрать из него кислород, не теряя воду. Вода теряется только при выдохе, тогда как если бы легкие были вывернуты наизнанку, вода бы терялась постоянно.

Этот баланс газообмена и высыхания очень похож на дилемму, которая стоит перед наземным растением. Тому нужно впитать из воздуха максимум углекислого газа и потерять минимум воды. Растение решает проблему, закрывая устьица, что изолирует воздух внутри листа и позволяет собрать из него углекислый газ, не теряя воду. В каком-то смысле растениям тяжелее, чем нам, потому что углекислого газа в атмосфере куда меньше, чем кислорода, так что растению приходится делать больше «вдохов» и терять больше воды.

Строго говоря, вдохом и выдохом газообмен у растения не назвать, потому что эти слова подразумевают движение воздуха, а растение в силу своей неподвижности воздух не качает. Оно просто раскрывает клапаны, которые позволяют воздуху проникнуть внутрь. Интересно, что насекомые, первые животные завоеватели суши, своим уникальным способом дыхания больше всего напоминают именно такой пассивный газообмен растений. Насекомые тоже не качают воздух вдохами и выдохами. Вместо этого их тело пронизано системой полых трубок, или трахей, которые, как листья растений, открываются во внешнюю среду клапанами. Эти трахеи, как воздушные капилляры, напрямую доставляют воздух прямо к органам, густо ветвясь, например, около мышц. «Сосуды» на крыльях насекомых – это тоже трахеи.

И легкие, и жабры работают в сотрудничестве с кровеносной системой (фактически это интерфейсы «кровь – среда»). У человека именно кровеносная система организует доставку кислорода к тканям. Трахеи насекомых же отличаются тем, что отделяют дыхание от крови. У насекомых сосуды распределяют только питательные вещества, а кислород доставляется к тканям по выделенной линии трахей.