Александр Харс - 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!

image l:href="#image208.png"

Вампир

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.

image l:href="#image209.png"

Аскарида человеческая (вверху самец, внизу самка)

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.