Пламенный насос. Естественная история сердца

Для начала я должен пояснить: из-за небольшого размера и мягкотелости чрезвычайно древних организмов, участвовавших в эволюционном процессе, ископаемая летопись тех времен довольно скудна. Тем не менее ученые считают, что первые многоклеточные формы жизни возникли где-то между 770 и 850 миллионами лет до нашей эры (до н. э.)⁷. К 600 миллионам лет до н. э. эволюционировала новая линия многоклеточных, которая могла похвастаться не только радиальной (то есть круглой) формой, но и одинаковыми правой и левой сторонами. А у их эмбрионов появился третий слой, добавившийся к ранее двуслойной планировке тела. Более древняя структура состояла из внешней эктодермы, которая развивалась в такие элементы, как кожа, нервная ткань, рот и анус, и более глубоко расположенной энтодермы, которой суждено было стать внутренней оболочкой пищеварительной и дыхательной систем. Недавно возникший третий слой, мезодерма, сформировался между первыми двумя и стал источником новых строительных блоков для более крупных и сложных организмов. В конечном счете он даст начало мышцам, соединительным тканям, таким как хрящи или жир, структурным элементам, таким как кости, и отнюдь не простому набору тканей, которые станут известны как сердце.

Следующий уровень организации после, собственно, клетки в многоклеточном организме – это ткань. Каждый тип ткани состоит из различных видов клеток и субстанции под названием «внеклеточный матрикс», находящейся снаружи этих клеток и между ними. Клетки и матрикс в ткани действуют сообща и слаженно, выполняя определенную функцию – или функции – например, поддерживают тело, преодолевая силу тяжести, или помогают жидкостям перетекать с места на место. Всего существует четыре типа тканей: соединительная (например, кровь, кости и хрящи), эпителиальная (которая покрывает поверхности тела и выстилает полые органы и кровеносные сосуды), нервная ткань (нейроны и их опорные клетки – глия) и мышечная. Существуют три подтипа мышечной ткани: гладкие мышцы (не контролируемые произвольно), скелетные мышцы (произвольно контролируемые) и сердечная мышца, которая, к счастью, тоже не контролируется произвольно, что освобождает нас от необходимости помнить о том, что сердце должно биться.

Следующий организационный уровень тела – это орган. Каждый из ваших органов выполняет как минимум одну определенную функцию, а часто намного больше. Каждый орган состоит по крайней мере из двух различных типов тканей, а некоторые более крупные органы, включая сердце, могут состоять из всех четырех типов. Хотя сердце, почки и печень проще воспринимать как органы, в эту категорию попадают и кровеносные сосуды, поскольку они состоят из эпителиальной, соединительной и мышечной тканей и выполняют функцию транспортировки и распределения крови.

На вершине этой иерархии организации тела находятся системы органов, такие как кровеносная или пищеварительная. Они состоят из множества органов, задействованных в какой-то общей функции или функциях. В случае нашей кровеносной системы органы – это сердце, артерии, капилляры и вены, участвующие в транспортировке крови по всему телу.

Как и другие органы, кровеносные сосуды состоят из слоев клеток. Мышечные клетки, чаще называемые мышечными волокнами или миоцитами, образуют внутренний слой, ограниченный с обеих сторон эпителиальной тканью. Когда мышечные волокна сокращаются, жидкость внутри сосуда сжимается и движется – представьте, что ваши пальцы сжимают центр вытянутого шара с водой. Ученые полагают, что именно так вода и в конечном счете кровь начали переноситься с места на место внутри организмов, которые с течением эволюционного времени становились все больше.

Как развивался этот процесс? По одной из гипотез, примерно 500 милионов лет назад некоторые клетки, получившиеся из свежевозникшей мезодермы какого-то неизвестного организма, развили способность уменьшать свою длину – то есть сокращаться. Чтобы это произошло, в какой-то момент сократительные белки внутри клетки должны были выстроиться рядом друг с другом. Получив источник энергии, эти белки (подобные актину и миозину, обнаруженным в мышцах человека, в том числе в сердечной мышце) начали скользить мимо друг друга в противоположных направлениях. Если миллионы молекул делали это одновременно, то клетки, в которых они собрались, сокращались вместе с окружающими структурами. Затем, когда сократительные белки скользили обратно в прежние положения, клетки расслаблялись и возвращались к своей изначальной, досократительной длине.