Три серця восьминога і синя кров: чому природа вирішила саме так

Якщо уважно роздивитися восьминога, здається, що природа вирішила випробувати на ньому всі свої найсміливіші ідеї. Вісім рук із власними нейронами, шкіра, яка змінює колір за долі секунди, і тіло без жодної кістки, що проходить крізь щілину завширшки з монету. Але найбільше людей дивує інше: три серця восьминога і кров, яка має не червоний, а синій відтінок.

Чи справді це так, навіщо істоті розміром із кішку аж три органи, що качають кров, і чому в жилах мешканця океану тече рідина, схожа на фарбу? Розберемося послідовно, спираючись на те, що відомо біологам про будову і фізіологію головоногих молюсків.

Далі детально про кожен пункт, від будови серцевої системи до причин, чому блакитна кров досі не зникла в процесі еволюції.

 

Скільки сердець у восьминога і навіщо їх три

На запитання «скільки сердець у восьминога» відповідь однозначна: три. Три серця восьминога виконують різну роботу, і розподіл обов’язків між ними дуже логічний. Два менші серця називають зябровими, або бранхіальними. Вони розташовані біля основи зябер і мають лише одне завдання: проштовхнути кров крізь тонкі судини зябрових пластинок, де вона збагачується киснем.

Третє, більше серце називають системним. Воно отримує вже насичену киснем кров із зябер і розносить її до мозку, очей, м’язів рук і внутрішніх органів. Отже, перші два серця працюють на «вхід» кисню в організм, а третє відповідає за його доставку споживачам.

Така схема потрібна через особливості самої крові. Вона густіша й повільніша за ту, що тече в хребетних, тому прокачати її крізь дрібні судини зябер одним серцем було б надто важко. Додаткові «помпи» підтримують потрібний тиск саме там, де опір найбільший.

 

Як влаштована кровоносна система восьминога

Більшість молюсків мають відкриту кровоносну систему: кров виливається в порожнини тіла й омиває органи безпосередньо. Восьминоги й інші головоногі пішли іншим шляхом. Їхня система замкнена, тобто кров увесь час рухається судинами, як і в людини. Це дозволяє точно контролювати, скільки крові отримує той чи інший орган.

Для активного хижака це критично. Восьминіг полює, маскується, відкриває банки, вивчає навколишні предмети руками, і все це вимагає швидкого постачання кисню до нервової тканини та м’язів. Замкнена система з трьома серцями дає змогу підтримувати високий артеріальний тиск, що для безхребетної тварини є справжньою рідкістю.

Стінки великих судин восьминога еластичні та здатні скорочуватися, тож вони частково допомагають серцям проштовхувати кров. Біологи вважають, що така будова стала однією з умов появи в головоногих складної поведінки та високого інтелекту.

 

Чому кров восьминога синя: роль гемоціаніну

У людини, собаки чи птаха кисень переносить гемоглобін. Цей білок містить атом заліза, який зв’язує кисень і надає крові червоного кольору, подібного до іржі. У восьминога кисень переносить гемоціанін, і замість заліза в ньому працює мідь. Два атоми міді зв’язують одну молекулу кисню, і в такій формі білок набуває блакитного, інколи насичено синього відтінку.

Цікава деталь: колір крові залежить від наявності кисню. Збагачена киснем кров справді синя, а ось та, що вже віддала кисень тканинам, стає майже безбарвною або блідо-сірою. Тому говорячи про синю кров восьминога, варто пам’ятати про цей нюанс.

Ще одна відмінність стосується розташування білка. Гемоглобін у нас упакований у червоні кров’яні тільця, а гемоціанін розчинений безпосередньо в плазмі. Молекули гемоціаніну величезні, тому кров стає в’язкішою, і для її руху потрібен вищий тиск. Саме це й пояснює, чому три серця восьминога потрібні йому для життя.

 

Чому мідь, а не залізо: перевага для холодного океану

Може здатися, що гемоціанін є «гіршим» варіантом дихального білка. Він дійсно переносить менше кисню на одиницю об’єму крові, ніж гемоглобін. Проте в певних умовах мідь виграє. Багато восьминогів живуть у холодній воді на великих глибинах і в полярних морях, де кисню мало, а температура близька до нуля.

У таких умовах гемоціанін зберігає здатність зв’язувати кисень і віддавати його тканинам, тоді як гемоглобін працював би гірше. Крім того, холодна вода розчиняє більше кисню, а повільний обмін речовин у глибоководних видів не потребує великих обсягів дихального пігменту.

Ще один чинник пов’язаний із кислотністю середовища. Гемоціанін головоногих дуже чутливий до змін pH: коли в працюючих м’язах накопичується вуглекислий газ і кров трохи підкислюється, білок охоче віддає кисень саме туди, де його найбільше бракує. Це допомагає економно розподіляти обмежений запас.

 

Ціна синьої крові: чому восьминоги швидко втомлюються

Кожна еволюційна перевага має зворотний бік. Кров на основі міді переносить значно менше кисню, ніж червона, тому витривалість восьминога обмежена. Він чудово підстерігає здобич, миттєво атакує, ховається в нірці, але довго плавати не здатний.

Дослідники помітили ще одну особливість. Коли восьминіг пливе, виштовхуючи воду з мантійної порожнини, системне серце припиняє скорочуватися. Тварина буквально «вимикає» головний насос, а отже, цілі органи на деякий час отримують менше свіжої крові. Щоб відновитися, восьминогу потрібна пауза.

Саме тому в природі ви майже не побачите, щоб він долав великі відстані плаванням. Він воліє повзати по дну, чіпляючись присосками за каміння, адже під час такого руху серце працює без перебоїв. Реактивне плавання він залишає для екстрених ситуацій: утечі від морського хижака чи різкого кидка до здобичі.

 

У кого ще блакитна кров, окрім восьминогів

Три серця восьминога та блакитна кров не є винятком у світі безхребетних, адже восьминоги не єдині власники синьої крові. Гемоціанін використовують і родичі головоногих: кальмари, каракатиці та наутилуси. Каракатиці, як і восьминоги, мають три серця. Блакитна кров є також у багатьох ракоподібних, зокрема крабів, омарів і креветок, а ще в деяких павуків і скорпіонів.

Особливе місце посідають мечохвости, давні морські членистоногі, які майже не змінилися за сотні мільйонів років. Їхню блакитну кров використовують у медицині: з клітин-амебоцитів отримують речовину для перевірки ліків та вакцин на наявність бактеріальних токсинів. Правда, цінність тут надає не колір, а клітини імунної системи.

Вчені з’ясували, що гемоціанін у молюсків і членистоногих виникав незалежно, тому білки різняться за будовою. Це приклад конвергентної еволюції, коли різні групи тварин приходять до схожого рішення різними шляхами.

 

Як потепління океану впливає на серця і кров восьминогів

Залежність від гемоціаніну робить восьминогів чутливими до змін температури та складу води. У теплій воді кисню розчиняється менше, а обмін речовин у тварини прискорюється, тож потреба в кисні зростає саме тоді, коли його стає менше. Мідний пігмент у таких умовах працює менш ефективно, і запас міцності зменшується.

Науковці досліджують, як різні види пристосовуються до цього. Антарктичні восьминоги мають гемоціанін, що добре працює майже при нулі, тоді як їхні родичі з теплих мілководь демонструють інші властивості білка. Через це зміна клімату може по-різному вплинути на головоногих у різних регіонах, а їхня кров стає зручним індикатором того, наскільки тварина витримує перегрів води.

Ще одна причина, чому кров цікавить дослідників: вона допомагає зрозуміти межі пристосування. Якщо відомо, при якій температурі та кислотності гемоціанін перестає ефективно віддавати кисень, можна передбачити, де восьминоги зможуть жити далі, а де ні.

Поширені запитання про серця і кров восьминога

Чи правда, що у восьминога дев’ять мозків? Фактично центральний мозок один, але в кожній із восьми рук є великий нервовий вузол, який керує рухами майже самостійно. Тому популярний вислів про дев’ять мозків є радше метафорою, ніж анатомічним фактом.

Скільки живе восьминіг? Більшість видів живуть від одного до п’яти років, залежно від розміру та умов. Короткий життєвий цикл також пов’язаний з особливостями обміну речовин.

Навіщо науковцям вивчати гемоціанін? Цей білок досліджують в імунології та біотехнологіях, а його будова допомагає зрозуміти, як тварини дихають за умов нестачі кисню та низьких температур.

Чому кров не червоніє на повітрі? Вона містить мідь, а не залізо, тож «іржавого» відтінку не набуває. Після контакту з киснем колір, навпаки, стає виразнішим.