Некоторые вопросы энергосбережения

Валерий Абрамович Кац

Энергосберегающие механизмы играют существенную роль в метаболизме живых организмов и проявляются на самых разных уровнях. Это и процессы самосборки на молекулярном уровне (самосборка липидов плазматической мембраны, тубулина микротрубочек), это процессы транспирации по ксилеме за счет осмотического давления, вызываемого испарением влаги с листьев, это и «пассивный выдох» за счет опускания грудной клетки под воздействием силы тяжести и многие, многие другие.
Интересен вариант энергосбережения в системе кровообращения, характеризующий млекопитающих и птиц. Обычно считается, что теплокровность этих организмов возникает за счет формирования у них полноценных двух кругов кровообращения, обеспечивающих все тело животного оксигенированной кровью, за счет чего энергетика организма резко увеличивается. Такой вывод делается при сравнении птиц и млекопитающих с рептилиями и земноводными, у которых неполноценные два круга кровообращения снабжают оксигенированной кровью лишь переднюю половину тела, в первую очередь голову. Однако если мы спустимся по эволюционной лестнице еще на ступеньку ниже и возьмем для сравнения рыб, то увидим, что один круг кровообращения, характеризующий эти организмы, тоже снабжает оксигенированной кровью все тело животного. Но, естественно, говорить о теплокровности рыб не приходится.
Так что же все-таки обеспечивает высокоэффективную энергетику птиц и млекопитающих, позволяющую им быть теплокровными организмами? Это как раз и есть энергосберегающие механизмы, возникающие в двухкруговой системе кровообращения, где решающую роль играет эластиновая ткань крупных артериальных сосудов.
Разница между работой мышечного сосуда и эластинового такая же как и разница между ферментативными реакциями и самосборкой: первые требуют затрат энергии, вторые – нет. Свойство эластиновой ткани сосуда можно сравнить со свойствами резины – растягиваться под давлением и затем самопроизвольно сокращаться в исходное положение. Понятно, что эластиновые сосуды могут «работать» лишь в достаточной близости от сердца, где давление крови, вызванное сердечным сокращением, ощутимо. Это мы хорошо знаем из курса анатомии: лишь крупные артерии, в первую очередь аорта, имеют эластиновый тип строения. Вдали от сердца, мелкие артерии становятся мышечными. Естественно, что после капиллярных сетей, где давление крови, вызванное сердечным сокращением, практически исчезает, все сосуды имеют мышечное строение, что мы и имеем в венозной системе кровообращения.
Если сравнивать с этой точки зрения один круг кровообращения рыб и два круга кровообращения теплокровных, то мы увидим, что степень энергосбережения в этих двух вариантах очень разная. У рыб брюшная аорта, выходящая из сердца, очень короткая и сравнительно близко от сердца она распадается на 5 пар приносящих артерий, несущих кровь в жабры. После жабр кровь опять объединяется в артериальную систему посредством выносящих жаберных артерий, но эта артериальная система расположена после капиллярных жаберных сетей и, как уже было сказано, роль сердца как насоса здесь полностью утрачивается. В связи с этим кровь по всему телу рыб распределяется посредством мышечных сосудов с большими затратами энергии. При наличии двух кругов кровообращения роль эластиновых сосудов возрастает многократно. Разделение системы кровообращения на малый (легочный) и большой круги позволяет использовать эластиновые сосуды и при оксигенации крови и при снабжении оксигенированной кровью всего организма, чего не позволяет осуществлять один круг кровообращения рыб.
Таким образом, по всей видимости, именно этот механизм энергосбережения обеспечивает теплокровность птиц и млекопитающих.