Три серця восьминога і синя кров: чому природа так вирішила

Три серця восьминога — це не міська легенда і не жарт зі шкільного підручника, а точний анатомічний факт, який змушує переглянути уявлення про те, як має бути влаштоване життя. Коли дивишся на цю м’яку істоту без кісток, що вміє протиснутися крізь щілину завширшки з монету, важко повірити, що всередині в неї працює такий складний механізм. Три серця восьминога перекачують кров не звичного нам червоного, а блакитного кольору.

Розберемося, навіщо природа дала цьому мешканцю океану аж три серця, чому його кров синя, як мідь замінила залізо, чому восьминіг так швидко втомлюється під час плавання і що все це означає для його способу життя.

Тепер подивімося на кожну з цих особливостей докладніше, починаючи з того, як влаштовані три серця восьминога.

 

Як працюють три серця восьминога

Серцево-судинна система восьминога замкнена: кров рухається по судинах і капілярах, а не вільно омиває органи, як у багатьох інших молюсків. Така будова характерна для головоногих і пояснює їхню високу активність. Щоб забезпечити тіло киснем, потрібен потужний і добре організований кровообіг.

Перші два серця восьминога називають зябровими, або бранхіальними. Кожне з них обслуговує одне зябро. Їхнє завдання — проштовхнути кров через дрібні судини зябер, де вона збирає кисень із води. Кров, що пройшла зябра, надходить до третього, головного серця. Його називають системним. Воно розганяє збагачену киснем кров по мозку, щупальцях, мантії та внутрішніх органах.

Така схема має очевидний сенс. Проходячи через найдрібніші судини зябер, кров втрачає тиск. Якби її знову гнало те саме серце, що й до зябер, до органів вона доходила б надто слабкою. Два допоміжні серця підтримують потрібний тиск саме на ділянці зябер, а головне серце знову підвищує його вже для всього організму. Три серця восьминога працюють як система послідовних помп, де кожен виконує свою роботу.

Три серця мають не лише восьминоги. Таку ж будову мають кальмари та каракатиці, тобто головоногі загалом. Виняток становить наутилус, який має одне серце. Саме активні хижаки з розвиненим мозком потребують такої продуктивної системи кровообігу.

 

Чому кров восьминога синя

Колір крові залежить від білка, який переносить кисень. У людини і більшості хребетних це гемоглобін. Його основа — залізо, яке при з’єднанні з киснем дає яскраво-червоний колір. У восьминога кисень переносить інший білок — гемоціанін. У ньому замість заліза працюють атоми міді. Коли гемоціанін з’єднується з киснем, він набуває блакитного відтінку. Без кисню кров восьминога стає майже безбарвною.

Це легко порівняти зі звичайною міддю. Свіжа мідь має рожевуватий колір, а зі сполуками кисню і води утворює блакитно-зелені відтінки, як зелена патина на старих дахах і пам’ятниках. Подібна хімія працює всередині судин восьминога.

Є ще одна відмінність. Гемоглобін міститься всередині еритроцитів, червоних кров’яних клітин. Гемоціанін не має клітин-переносників, він вільно розчинений у рідині, яка циркулює судинами. Молекули гемоціаніну дуже великі, тому кров восьминога густіша, і для її руху судинами потрібен вищий тиск. Саме цей тиск і забезпечують три серця восьминога.

 

Гемоціанін проти гемоглобіну: що ефективніше

На перший погляд, червона кров виглядає кращим рішенням. Гемоглобін справді переносить значно більше кисню в тому самому об’ємі крові, ніж гемоціанін. Чому ж тоді восьминіг не замінив мідь на залізо? Відповідь криється в умовах, у яких він живе.

Гемоціанін менш чутливий до холоду. У воді з температурою близько нуля градусів, на великих глибинах, гемоглобін працює гірше, а гемоціанін зберігає здатність зв’язувати й віддавати кисень. До того ж у холодній воді зазвичай розчинено більше кисню, а на глибині його стає менше, тож організм повинен ефективно використовувати кожну молекулу.

Гемоціанін має ще одну перевагу: він дуже чутливий до кислотності середовища. Це дозволяє крові восьминога швидко віддавати кисень там, де тканини його найбільше потребують, наприклад у працюючих м’язах. Така гнучкість важлива для хижака, який різко переходить від спокою до стрімкого кидка.

Гемоціанін не унікальний для восьминогів. Його мають краби, омари, скорпіони, павуки та мечохвости. Кров мечохвостів настільки цінна для медицини, що її використовують для перевірки лікарських препаратів і вакцин на наявність бактеріальних токсинів. Є й інші дихальні пігменти. У деяких морських хробаків кров має фіолетово-рожевий відтінок, а в антарктичних крижаних риб гемоглобіну немає взагалі, тож їхня кров майже прозора.

 

Чому восьминіг швидко втомлюється під час плавання

Висока ціна цієї системи проявляється в одній дивній деталі: під час реактивного руху три серця восьминога працюють не в повну силу. Коли восьминіг пливе, виштовхуючи воду з сифона реактивним поштовхом, його системне серце зупиняється. Тіло залишається без свіжого потоку збагаченої киснем крові, і тварина швидко виснажується. Саме тому восьминіг не є витривалим плавцем. Для швидкої втечі від хижака цього вистачає, але подолати велику відстань таким способом він не може, бо три серця восьминога в такому режимі не встигають забезпечити тіло киснем.

Тому в повсякденному житті восьминоги віддають перевагу повзанню по дну, використовуючи щупальця. Повзти вони можуть довго, а серце при цьому не зупиняється. Це також одна з причин, чому ці істоти так люблять ховатися в щілинах, печерах і порожніх черепашках. Економія сил важлива, коли кисню в крові обмаль.

Інтенсивність обміну речовин у восьминога висока: це активний хижак із великим мозком, а мозок споживає багато кисню. Поєднання високих потреб і не найефективнішого переносника кисню змушує організм працювати на межі можливостей. Тому три серця восьминога не розкіш, а необхідність.

 

Чим небезпечне потепління океану для восьминогів

Особливості крові роблять восьминогів чутливими до змін середовища, а три серця восьминога лише частково компенсують цей недолік. Коли вода нагрівається, кисню в ній розчиняється менше, а потреби організму в кисні зростають, бо обмін речовин прискорюється. Гемоціанін при цьому гірше справляється з навантаженням. Для тварини, яка й так живе з обмеженим запасом кисню, це серйозна загроза.

Додатковий ризик створює підкислення океану. Кров головоногих дуже залежить від кислотності, і її зміна може погіршити здатність крові переносити кисень. Тому дослідники розглядають восьминогів і кальмарів як організми, що першими реагують на зміни в морі. Вивчення їхньої фізіології допомагає зрозуміти, як потепління позначиться на морській екосистемі.

 

Що ще незвичайного в організмі восьминога

Три серця і блакитна кров далеко не єдина дивина. Нервова система восьминога налічує приблизно п’ятсот мільйонів нейронів, тобто порівнянна з нервовою системою собаки. При цьому близько двох третин нейронів розташовано не в головному мозку, а у щупальцях. Кожне щупальце здатне значною мірою діяти самостійно, а тому восьминога часто жартома називають істотою з дев’ятьма мозками.

Восьминіг не має жодної кістки, тому проходить крізь отвір, не ширший за його дзьоб, єдину тверду частину тіла. Він змінює колір і текстуру шкіри за частки секунди, маскуючись під камінь чи водорості. Він вміє відкручувати кришки, розв’язувати головоломки та впізнавати людей. Усе це потребує величезної кількості енергії, а отже, і досконалої системи кровообігу, яку забезпечують три серця восьминога.

 

Відповіді на найпоширеніші запитання

Скільки сердець у восьминога? Три: два зяброві і одне системне. Три серця восьминога виконують різні функції. Така сама будова в кальмарів і каракатиць.

Якого кольору кров у восьминога? Блакитного, коли вона насичена киснем. Без кисню вона стає майже безбарвною.

Чому кров восьминога синя? Через білок гемоціанін, що містить мідь замість заліза.

Чи є синя кров в інших тварин? Так, у крабів, омарів, скорпіонів, павуків та мечохвостів.

Чому серце восьминога зупиняється під час плавання? Реактивний рух сифона несумісний із роботою системного серця, тому тварина швидко втомлюється і воліє повзти по дну.

Чи потрібні восьминогу три серця? Так. Через малу ефективність гемоціаніну кров потребує додаткових насосів, які підтримують тиск у зябрах і в усьому тілі.