Пламенный насос. Естественная история сердца

Однако 500 милионов лет назад первые сократительные клетки были намного проще, чем наши мышечные клетки – миоциты (или миофибриллы). Кроме того, они не могли впервые возникнуть в кровеносных сосудах, поскольку ни крови, ни сосудов, которые ее транспортируют, тогда не существоало – хотя, безусловно, существовала вода, и с ее помощью вещества могли перемещаться в организм и из него. Даже сейчас сократительные белки, которые находятся внутри нормальных клеток организма, образуют жизненно важную часть внутренней транспортной системы клетки. Ученые полагают, что у некоторых доисторических существ клетки, содержащие древние сократительные белки, могли собираться в трубки, образуя примитивные системы «кровообращения». Эти сократительные трубки позволили перемещать воду и вещества, содержащиеся в ней, – и, намного позже, кровь – с места на место внутри все более крупных организмов. С появлением таких новшеств, как система кровообращения с сократительным органом, новые «типы на районе» относительно быстро[19] разделялись на мириады форм, таких как сегментированные черви, моллюски и, через некоторое время, хордовые – подмножество которых, позвоночные, составляет подавляющее большинство читателей этой книги.

По пути эти существа, оснащенные подобными приспособлениями, превзошли многие организмы, у которых не было таких систем, и последние вымерли. Хотя и не все. Кораллы, медузы и гребневики отделились от остальных беспозвоночных до развития мезодермы, производящей мышцы. Хотя они не унаследовали мышечную ткань от своих предков, представители типа Cnidaria развили свои собственные эволюционные преимущества, такие как токсины и жалящие клетки, чтобы отгонять хищников. Благодаря этому они смогли жить припеваючи.

Системы кровообращения развивались не в вакууме – хоть и стали, безусловно, революционными. Кровеносные сосуды – это прекрасно, но важной причиной успеха организмов, обладающих системами кровообращения, было то, что они развили и другие системы органов, в частности дыхательную. Формируясь и функционируя в тандеме, эти две системы решили проблему перемещения большого количества газов в тело и из него – и в результате они позволили организмам, подобным хордовым, справиться с энергетическими затратами, связанными со все более сложными процессами и поведением.

Большинство дыхательных систем состоят в основном из аппаратов газообмена, таких как жабры или легкие. Их основная функция – облегчать поглощение кислорода, который необходим для жизнеобеспечения химических реакций, происходящих в организме. Эти реакции известны как метаболические процессы, а в совокупности они называются метаболизмом организма. Один из самых важных среди этих процессов – высвобождение полезной энергии из пищи, которую мы едим. По мере процесса пищеварения питательные вещества из еды расщепляются на более мелкие молекулы, такие как углеводы, жиры и белки. Благодаря процессу под названием клеточное дыхание, глюкоза из сахара (углевод) преобразуется в аденозинтрифосфат (АТФ), энергетическую валюту клетки. Мышечные волокна и другие клетки обладают способностью разрушать химические связи, удерживающие АТФ вместе, и эта энергия может потом использоваться как топливо для таких процессов, как восстановление, рост и сокращение мышц. Чрезвычайно важно, что химические реакции, участвующие в этом молекулярном распаде и высвобождении энергии, требуют кислорода. А обеспечивают его приток в организм как раз жабры и легкие.

Но это еще не все. Клеточное дыхание производит не только энергию, но и отходы: углекислый газ (СО₂), токсичный для многих организмов. В результате приходится постоянно избавляться от СО₂, пока он не накопился до вредных уровней. Таким образом, большинство систем кровообращения играют двойную роль, доставляя кислород от жабр или легких к клеткам тела и одновременно перенося отходы метаболизма в жабры или легкие, где они выводятся из организма. (Кстати, о птичках: хотя многие люди думают, что мы дышим быстрее во время тренировки из-за повышенной потребности в кислороде, именно необходимость устранить избыток углекислого газа заставляет нас сопеть и пыхтеть.)

По мере развития дыхательных систем усложнялись и системы кровообращения, обеспечивающие движение жидкости, называемой кровью[20], по всему телу. Самые ранние свидетельства существования этой двойной системы датируются примерно 520 миллионами лет назад – у членистоногих Fuxianhuia protensa[21], впервые обнаруженных в окаменелостях уезда Чэнцзян на юго-западе Китая⁸.