Занимательная физиология - Сергеев Борис Федорович. Страница 21

Рядом с угрями в водоемах Южной Америки живет другая интересная рыба — лепидосирен. Она обитает даже в полностью пересыхающих болотах. Здесь и в период дождей с кислородом бывает туговато. Взрослые рыбы от недостатка кислорода не страдают. Их плавательный пузырь превратился в парный дыхательный орган. Они дышат воздухом. Но как сохранить в такой воде икру? У лепидосирен возникла прямо-таки уникальная форма заботы о потомстве — снабжение икры кислородом. Эту функцию выполняет самец. Как только наступает период дождей, он подыскивает на дне небольшую, но по возможности глубокую ямку или какую-нибудь норку и приводит туда свою подругу. Когда икра отложена и оплодотворена, самка спокойно уплывает, оставляя потомство на попечение отца.

С наступлением периода размножения самцы лепидосирен одеваются в брачный наряд. В это время у них на брюшных плавниках отрастают необычайно длинные нитевидные отростки. Очень интересное зрелище являет собой расфуфыренный самец, когда он ухаживает за самкой или, опустив плавники к самой икре, охраняет гнездо. Брачное убранство самцов предназначено не только для привлечения самки, плавники выполняют роль шлангов, по которым к икре подается кислород. Временные отростки плавников очень богаты сосудами, это позволяет кислороду из крови рыб выходить в окружающую воду.

Если самцу для гнезда удастся найти вполне подходящее место, то снабжение кислородом обеспечить не трудно. Ямка или норка должны находиться на неглубоком месте и быть резко отграничены от остального водоема. Тогда самцу удобно, оставаясь над гнездом, хватать с поверхности воздух, максимально обогащая кровь кислородом, чтобы он интенсивнее выделялся в воду. Если детская достаточно миниатюрна, то в неподвижной стоячей воде болота легко насытить кислородом свое гнездо.

В водоемах есть еще один источник кислорода. Это зеленые растения. Если их мало и выделяемого ими кислорода недостаточно, чтобы насытить воду, приходится обращаться непосредственно к зеленым друзьям. Многие насекомые именно так и поступают. Иногда они скапливаются на растениях в очень большом количестве, ведь здесь концентрация кислорода должна быть более высокой.

Нередко на растениях можно найти крохотные пузырьки кислорода. Жуки макроплеа собирают эти пузырьки, как мы в лесу грибы, и лапками подносят к усикам. Через некоторое время пузырек исчезает, видимо, жуки дышат усами. Если на растениях пузырьков газа нет, жуки подрезают растения и ждут, когда из воздухоносных путей выделится воздух. Так же поступают водяные слоники.

Личинки жуков донициа и макроплеа делают на растениях надрезы и присоединяют к ним дыхальца брюшка. Другие насекомые втыкают в растение стилет и сосут кислород из межклеточного пространства. Богатые кислородом межклеточные пространства — излюбленные места для окукливания.

Еще сообразительнее оказались гусеницы бразильских парапониксов. Они строят себе дом из кусочков зеленых растений и по мере отмирания обновляют их. Благодаря этому днем на свету в гнездах парапониксов всегда много кислорода, зато ночью, чтобы не задохнуться от выделяемого растениями углекислого газа, гусеницам приходится вылезать наружу.

Ничтожно мало кислорода в желудке и кишечнике позвоночных. Но и здесь его научились добывать существа, которым показалось тесно под солнцем. Среди них не последнее место занимает личинка желудочного овода, живущая в пищеварительном тракте лошадей. Как и все насекомые, личинка имеет для дыхания трахейную систему, только, может быть, более мощную и более разветвленную, чем у ее наземных собратьев, и красные органы — парное образование, состоящее из большого числа крупных красных клеток. К каждой клетке подходит трахеальный стволик и разветвляется в ее протоплазме на множество трахеол.

Как функционируют красные органы, пока еще не совсем ясно, но что они играют главную роль в обеспечении личинки желудочного овода кислородом, не подлежит сомнению. Об этом свидетельствует большое количество гемоглобина, который и придает клеткам красный цвет, причем его сродство с кислородом, то есть способность вступать в соединение при самых небольших концентрациях этого газа, в сотни раз выше, чем у млекопитающих.

Очень распространенный обитатель кишечника млекопитающих животных — аскариды. Еще недавно считали, что они научились обходиться без кислорода. Однако, к удивлению ученых, в теле свиной аскариды было обнаружено два сорта гемоглобина, который сосредоточен в двух местах, в стенке тела и в парентеральной жидкости, заполняющей полость тела. Наружный гемоглобин в 2500, а внутренний даже в 10 000 раз медленнее расстается с захваченным кислородом, чем гемоглобин свиньи.

Для чего аскариде гемоглобин, если она может обходиться без кислорода? Теоретические расчеты показывают, что система из двух гемоглобинов с нарастающей жадностью к кислороду может быть идеальным его переносчиком, особенно в условиях значительного кислородного дефицита.

Еще более низко организованные животные, и в первую очередь бактерии, не имеют гемоглобина и поэтому не могут активно извлекать кислород из окружающей среды. Между тем судьба нередко забрасывает их туда, где кислорода ничтожно мало или он полностью отсутствует. Тем не менее эти существа прекрасно себя чувствуют, легко мирясь с отсутствием кислорода. Их называют анаэробными, то есть живущими без воздуха.

Как же удается анаэробам обходиться без кислорода? Еще сравнительно недавно этот вопрос казался неразрешимой загадкой. Теперь мы знаем, что без кислорода дело не обходится. Просто анаэробы получают его не из атмосферы, а из органических веществ, некоторые же бактерии умеют извлекать кислород даже из неорганических соединений, используя для этого нитриты и сульфиты.

Сущность дыхательных процессов анаэробов состоит в том, что они умеют окислить продукты обмена, не прибегая к помощи дополнительного кислорода, вполне довольствуясь тем количеством, которое уже содержится в окисляемом веществе. Ведь чтобы вещество окислилось, безразлично, прибавлять ли к нему кислород или отнимать водород.

Процесс окисления, когда отнимается водород, называют брожением. Брожение приводит к расщеплению органических веществ, в результате которого возникают окисленные и восстановленные вещества и высвобождается необходимая для организма энергия.

Наиболее известный вид брожения, которое встречается у одноклеточных, — расщепление молекулы глюкозы с образованием двух молекул этилового спирта (восстановленное вещество) и двух молекул углекислого газа (окисленное вещество).

У многоклеточных животных наиболее широкое распространение имеет молочнокислое брожение: расщепление углеводов, например молекулы сахара, на две молекулы молочной кислоты, в которых содержится меньше энергии, чем в исходном веществе. Расщепление углеводов происходит не сразу, а сопровождается целой серией реакций, в результате которых кислород, находящийся в молекуле сахара, у внутреннего атома углерода, переходит к внешнему, что и является причиной высвобождения энергии.

Существует и еще один способ окисления, путем отдачи электрона, но возможность использования его живыми организмами изучена еще плохо.

Почему же, если можно получать энергию путем брожения, у живых организмов возникла потребность в использовании атмосферного кислорода? Причин для этого немало, и они достаточно существенны. Брожение никогда не приводит к полному окислению вещества, и поэтому энергии выделяется мало. Если мы полностью окислим одну грамм-молекулу глюкозы до углекислого газа и воды, то получим 673 килокалории. При брожении же, в результате которого образуются этиловый спирт и углекислый газ, выделится всего 25 килокалорий, то есть почти в 27 раз меньше. Следовательно, чтобы получить одинаковое количество энергии, анаэробам приходится тратить в 27 раз больше глюкозы, чем ее расходуют аэробы. Заметная разница, природа не могла смириться с таким расточительством.