Через одно место. Ученые обнаружили необычную способность у млекопитающих

МОСКВА, 2 окт — РИА Новости, Альфия Еникеева. Нехватка воздуха способна привести к очень опасным последствиям для организма — вплоть до паралича и смерти мозга. Поэтому эволюция научила некоторых животных адаптироваться к недостатку кислорода, иногда весьма экзотическими способами: в частности, дышать органами, на первый взгляд для этого совсем неподходящими. Кое-что из подобных эволюционных находок ученые пытаются использовать для человека.

Переваривая кислород

У морского паука Pentanymphon antarcticum, обитающего в Антарктиде, очень длинные ноги и несоразмерно маленькое тело — настолько, что в нем едва помещается половина жизненно важных органов. Остальные либо переместились в конечности — как, например, половая и пищеварительная системы, либо были отброшены за ненадобностью — в частности, органы дыхания.

Однако животное дышит и исправно насыщает свои ткани кислородом — через сложную сеть кишок. На длинных конечностях паука есть небольшие поры, через которые молекулы кислорода вместе с водой попадают в организм и перемещаются благодаря сокращению кишечника. При этом пищеварительная система выполняет и основную функцию — переваривает полипы-анемоны.

Такой способ дыхания называется кишечным. К нему прибегают и другие животные, в том числе голотурия или морской огурец. У голотурии есть так называемые водные легкие — особые мешки, открывающиеся в клоаку перед анусом. В результате анальное отверстие используется не только по прямому назначению, но и для дыхания. Морской огурец втягивает воду, насыщенную кислородом, и через кишечник она попадает в легкие примерно так же, как воздух у сухопутных животных.

© Фото : Timothy R. Dwyer (PolarTREC 2016), Courtesy of ARCUS

Морской паук, чей кишечник исполняет роль сердца

С другой стороны

До последнего времени считалось, что для млекопитающих все это не годится. Но у них кишечник также связан с сетью кровеносных сосудов и покрыт небольшим слоем слизи вблизи ануса. А значит, решили японские ученые, его вполне можно использовать и для газообмена.

Начали с малого — мышей. Животных поместили в камеры с пониженным содержанием кислорода, где им ощутимо не хватало воздуха. После этого некоторым вентилировали анальные отверстия с помощью специальной установки, которая подавала чистый кислород. В итоге за семь минут в камере без вентиляции все грызуны погибли, а там, где был дополнительный источник газа, и через 50 минут три четверти экспериментальных мышей были живыми.

Есть одна сложность: чтобы так дышать, надо удалить защитную слизь из кишечника. Исследователи подкорректировали этот метод и протестировали сразу на мышах, крысах и свиньях.

Речь идет о так называемом жидкостном дыхании через кишечник. Кислород растворяли в перфтордекалине — это вещество безопасно даже для человека — и вводили получившуюся жидкость в организм при помощи клизмы. И опять животные, получавшие дополнительные порции газа через анус, в условиях дефицита воздуха чувствовали себя в разы лучше сородичей. Они больше двигались, кожа на ощупь была теплее. То есть не возникало гипоксии, к сердцу поступало достаточно кислорода.

Более того, анализы показали: у свиней, которым провели жидкостную вентиляцию ануса, насыщенность крови кислородом была на 15 процентов выше.

Авторы работы полагают, что это можно будет применять при болезнях, связанных с гипоксией, в том числе и при низкой сатурации, характерной для тяжелой формы ковида.

Каждой клеточкой тела

Некоторые животные при нехватке кислорода переходят на кожное дыхание. Прежде всего это лягушки.

У них хорошие легкие, однако нет грудной клетки и диафрагмы. Поэтому, в отличие от млекопитающих, амфибии не вдыхают воздух, а глотают его. Этого не хватает, чтобы полностью обеспечить органы и ткани кислородом, и дополнительно лягушки дышат всем телом. Причем некоторые могут менять толщину кожи в зависимости от концентрации кислорода в воде — чем его меньше, тем кожа тоньше.

CC BY-SA 4.0 / Petr Hamerník /

Некоторые виды лягушек, например титикакский свистун, дышат исключительно кожей

Газообмен обеспечивается сетью капилляров под кожей. Такую же ученые недавно обнаружили под кожей головы полосатого ластохвоста (Hydrophis cyanocinctus) — морской змеи, обитающей в Индийском и Тихом океане.

Эти рептилии много времени проводят под водой и, судя по всему, там они, по крайней мере, частично переходят с легочного на кожное дыхание. По расчетам, оно покрывает примерно 30 процентов их потребности в кислороде.

CC BY 4.0 / Palci A. et al. / R. Soc. open sci. 2019 /

Голова полосатого ластохвоста и расположенная под ее кожей сеть кровеносных сосудов, которая снабжает мозг кислородом

При этом кровеносные сосуды, скорее всего, снабжают кислородом исключительно мозг. И он поступает туда не с артериальной, а венозной кровью. Дело в том, что артериальная кровь после легких уже насыщена кислородом, и это мешает ей дополнительно обогащаться им из морской воды. А венозная, наоборот, должна активно забирать его из окружающей среды. Поэтому в случае чего сосудистая сеть способна подать в мозг в 25 раз больше газа, чем нужно, и змея при нехватке воздуха продержится очень долго.