Борис Сергеев - Я познаю мир. Биология

Некоторые животные не могут долго голодать. К таким существам относятся южноамериканские летучие мыши — вампиры, питающиеся кровью теплокровных животных. Кровопийца может унести в своем желудке лишь 30 граммов крови. Этой порции ему хватает в лучшем случае на 36 часов. Если на следующую ночь он не сумеет пообедать, то, скорее всего, проживет еще сутки, но к следующей ночи слишком ослабеет, чтобы вылететь на по 1иски жертвы.

Поскольку отнюдь не каждой ночью вампирам улыбается удача, они давно бы вымерли, если бы не развитая у них взаимопомощь. Если кровопийца не нашел прокормителя и голодает, он начинает в буквальном смысле слова подлизываться к плотно пообедавшему товарищу. Как принято у летучих мышей, подлиза начинает вылизывать потенциального благодетеля с подмышек, но очень скоро переходит к вылизыванию губ — на языке вампиров это недвусмысленная просьба поделиться едой. Если объект вылизывания испытывает к попрошайке дружеские чувства (то есть, если они — близкие родственники) и сам хорошо поел этой ночью, он отрыгнет просителю 3 грамма крови. Это сытная порция, ведь отрыгивается уже не свежая кровь, а концентрированная. Выпитая вампиром кровь сразу подвергается обогащению: из нее меньше чем за час удаляется половина воды, которая в виде мочи тут же покидает организм. Лишнюю тяжесть возить по воздуху нерентабельно!

Для вампира, великодушно поделившегося с неудачником обедом, 3 грамма крови — небольшая потеря, а голодной мыши подкормка продлевает жизнь на 12 часов и позволяет дождаться следующей ночи, найти подходящий объект и напиться досыта кровью очередной жертвы.

Наша планета богата кислородом, но и на ней найдется немало мест, где кислорода очень мало или нет вовсе. Чаще всего в этом повинны сами живые существа. Особенно много потребляют кислорода бактерии.Один миллиграмм бактерий способен за час «сжечь» 200 мм 3кислорода. Работающая мышца такого же веса за это время использует только 20, а во время покоя и того меньше — 2,5 мм 3кислорода. Из — за активной деятельности бактерий и более крупных микроорганизмов многие закоулки Земли становятся мало пригодными для жизни, и животным приходится всячески изощряться, чтобы освоить и эти экологические ниши.

Недостаток кислорода случается в загнивающих водоемах. Мало остается кислорода к весне в воде прудов, покрытых льдом. Ничтожно мало кислорода в желудке и кишечнике позвоночных. Но и здесь живут существа, которым показалось тесно под солнцем. Среди них можно назвать личинок желудочного овода, живущих в пищеварительном тракте лошадей, и очень распространенных обитателей кишечника — аскарид и других глистов. Между тем такие животные, их называют анаэробами, живя в бескислородной среде или пользуясь ничтожными количествами кислорода, прекрасно себя чувствуют.

Как же анаэробам удается обходиться без кислорода? Когда — то этот вопрос считался неразрешимой загадкой. Теперь мы знаем, что без кислорода дело не обходится. Просто анаэробы получают его не из атмосферы, а из органических веществ, а некоторые бактерии умеют извлекать кислород даже из неорганических соединений, используя для этого нитраты и сульфаты или даже… углекислый газ.

Сущность дыхательных процессов анаэробов состоит в том, что они умеют окислять 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.

Для тех читателей, кто еще не овладел химией, объясню это на простом примере. Представьте себе, что вы варите суп и пробуете его, чтобы узнать, хорошо ли он посолен. Если вам показалось, что суп недосолен, ясно, что в него нужно подсыпать соли. А что делать, если соли под рукой нет? Самый простой способ — покипятить его подольше. Часть воды выкипит, и супа станет меньше, но вся соль, которую вы уже положили в суп, там и останется, и соленость супа возрастет. Аналогично протекает и бескислородное окисление: у молекулы органического вещества отнимается водород, при этом вещества становится меньше, а количество кислорода не уменьшается.

Процесс бескислородного окисления, позволяющий организму получать энергию, называют брожением. Наиболее известный вид брожения, которое встречается у одноклеточных, — спиртовое. Оно состоит в расщеплении молекулы глюкозы с образованием двух молекул этилового спирта и двух молекул углекислого газа.

У многоклеточных животных наиболее широкое распространение имеет молочнокислое брожение: расщепление молекулы сахара на две молекулы молочной кислоты, в которых содержится меньше энергии, чем в исходном веществе. Благодаря молочнокислому брожению караси могут довольно долго жить в воде, лишенной кислорода.

Зачем же понадобился процесс окисления, если его вполне может заменить брожение? Причин для этого немало, и они достаточно существенны. Брожение никогда не приводит к полному окислению веществ, и поэтому энергии выделяется мало.

Если мы полностью окислим одну грамм — молекулу глюкозы до углекислого газа и воды, то получим 673 килокалории. При брожении, в результате которого образуется этиловый спирт и углекислый газ, из того же количества выделится всего 25 килокалорий, то есть почти в 27 раз меньше. Следовательно, чтобы получить одинаковое количество энергии, анаэробам понадобилось бы в 27 раз больше глюкозы, чем ее расходуют животные, использующие кислород. Заметная разница, и природа не могла согласиться на такое расточительство.

Другая важная причина того, что брожение не получило широкого распространения, состоит в том, что в результате брожения образуются различные вредные для организма вещества: этиловый и бутиловый спирты, молочная и масляная кислоты, ацетон и многие другие. Освобождаться от них не так — то легко.

Как же сумели животные приспособиться к отсутствию кислорода? Оказывается, это было нетрудно. Когда на Земле возникла жизнь, свободного кислорода еще вообще не было, так что первые существа могли быть только анаэробами. Только когда какие — то бактерии (возможно, синезелёные) «изобрели» фотосинтез, кислород начал накапливаться в атмосфере, и когда его стало довольно много, животные научились полностью «сжигать» энергосодержащие продукты. При этом анаэробный тип дыхания не исчез, просто его роль сильно сократилась. Однако по — прежнему первые фазы биологического окисления абсолютно у всех животных протекают без участия кислорода. Когда аэробным (то есть использующим атмосферный кислород) животным заблагорассудилось вновь переселиться в места, где кислорода взять неоткуда, им не нужно было «изобретать» брожение заново: достаточно было просто ограничиться частичным использованием энергии и вспомнить старые способы обезвреживания недоокисленных продуктов.