Всегда готовые к прошлому

В большинстве случаев эволюция экономно раздает свои дары. В результате естественного отбора животные действительно оказываются хорошо подготовленными к существованию, но не чрезмерно.

Некоторые ястребы могут разглядеть мышь на расстоянии почти ста метров, но не за тысячу же километров! Сова, с глазами размером с мячик от пинг‑ понга, видит довольно далеко, но зато испытывает трудности во время полета (не говоря уже о том, что для нормального функционирования таких огромных зрительных органов в них нужно накачивать много крови).

Но есть на Земле существа, над которыми природа, кажется, «переработала» Таков американский, или миссисипский, аллигатор Совсем недавно биологи из университета штата Юта Колин Фармер и Дэвид Кэрриер измерили дыхание этих животных. Во время сна аллигаторы дышат прерывисто, делая примерно один вдох — выдох в минуту, как и остальные холоднокровные рептилии. Чтобы изучить этот процесс в минуты активности организма, ученые приучили аллигаторов выполнять четырехминутные механические упражнения. А чтобы выяснить, сколько они при этом вдыхают и выдыхают воздуха, на нос рептилиям одели маски.

Обычная рептилия — такая, как игуана, во время ходьбы может делать глубокие вдохи. Чтобы выдохнуть, игуане нужно сжать ребра, сокращая тем самым объем легких и выталкивая из них воздух. Пока животное находится в состоянии покоя, все нормально. Но при движении ему приходится использовать те же мышцы, чтобы изгибаться из стороны в сторону. Таким образом, дыхание мешает движению — и наоборот. И что еще хуже, находясь в движении, игуана потребляет больше кислорода. Выход для этих и многих других рептилий заключается в том, чтобы всегда перемещаться в среднем темпе, дыша часто и вдыхая воздух в небольших количествах. При этом некоторые ящерицы могут бегать, но недолго—в течение нескольких минут. Скелеты современных ящериц очень походят на скелеты древнейших рептилий, что заставляет сделать предположение о том, что они до сих пор устроены так же, как и 300 миллионов лет назад! Но, как выяснили Фармер и Кэрриер, иначе обстоят дела с аллигаторами. С тех пор как эти животные стали передвигаться с помощью механических движений, их дыхание упорядочилось и стало ровным и глубоким (около тринадцати вдохов — выдохов в минуту). Вдох аллигатора при передвижении был в четыре раза глубже вдоха в спокойном состоянии, и, значит, находясь в движении, аллигаторы дышат глубже, чем все остальные животные.

Такая нехарактерная для рептилий черта присуща аллигаторам потому, что при дыхании у них оказывается задействовано большее количество мышц. Когда аллигатор делает выдох, его печень смещается вперед и давит на легкие, благодаря чему из них и выходит воздух. Во время вдоха тазовые мышцы оттягивают печень, создавая отрицательное давление, в результате в легкие попадает воздух.

Фармер и Кэрриер обнаружили, что эта система накачивания воздуха с помощью печени у аллигаторов еще более сложна, чем принято было считать ранее. Во время каждого вдоха передняя часть таза под воздействием мышц опускается вниз. В результате такого растяжения бедер увеличивается брюшная полость и в ней оказывается достаточно места для движений печени. Когда же аллигатор выдыхает, передняя часть таза подается назад и весь процесс совершается в обратном порядке. При этом ни одна из участвующих в движении печени мышц не задействована для раскачивания при ходьбе. Таким образом, преимущество перед остальными рептилиями аллигатора очевидно.

Впечатляет, но учитывая образ жизни, который ведут крокодилы, представляется, что природа перестаралась. Ведь большую часть времени аллигаторы просто лежат неподвижно на месте. Когда же охотятся, сначала подпускают добычу поближе и лишь затем совершают резкое хватательное движение. Способность глубоко дышать в течение длительного времени может понадобиться скорее волку или льву для преследования добычи, но наличие подобного «насоса» у аллигаторов выглядит избыточным расточительством.

Чтобы объяснить этот факт, ученые напоминают, что современные аллигаторы не похожи на собственных предков. Жившие 240 миллионов лет назад рептилии‑ крокодиломорфы по размерам и форме напоминали койота с тяжелым хвостом. Они имели длинные тонкие ноги, которые были подобраны под туловищем, а бегали предки крокодилов на подушечках пальцев ног. Фармер и Кэрриер предполагают, что у предков крокодиломорфов выработались специальные, поддерживающие передвижение по суше дыхательные механизмы: печень‑ «помпа» и «ходящие» бедра, позволявшие делать необходимые для быстрого бега глубокие вдохи. И в самом деле, после осмотра тазовых костей крокодиломорфов можно сделать вывод о том, что они играли роль в наполнении и опустошении легких.

Возможно, 100 миллионов лет назад крокодиломорфы резво бегали по суше, а сухопутно‑ морской и спокойный образ жизни стали вести уже их потомки. Ноги у них сделались короче, хвосты более плотными — это было следствием адаптации к водной среде. Но мощная дыхательная система осталась прежней, и чем бы это ни было вызвано, современные аллигаторы биомеханически более чем кто‑ либо готовы к прошлому, точнее к жизни, которую вели их предки 140 миллионов лет назад.