Наша планета очень богата кислородом. Видимо, эта доступность объясняет, почему животные не научились запасать его в достаточно больших количествах. Только очень немногие обитатели Земли способны делать существенные запасы кислорода, зато по мелочам запасают довольно часто.

Кровь находится в капиллярах альвеол всего две секунды, но этого вполне достаточно, чтобы установилось кислородное равновесие между воздухом альвеол и кровью. Однако какое ничтожное количество кислорода может при этом раствориться в крови! Всего-навсего 0,003 кубического сантиметра в кубическом сантиметре плазмы крови. Чтобы обеспечить животное необходимым количеством кислорода, при этом способе снабжения пришлось бы почти в 100 раз увеличить объем легких и количество протекающей по ним крови. Совершенно ясно, что осуществить подобный проект оказалось очень трудно, пишет sunhome.ru

Природа пошла по другому пути, снабдив кровь веществом, которое легко вступает в реакцию с кислородом и, таким образом, удерживает его в гораздо больших количествах, чем он мог бы содержаться в простом растворе. Чтобы ткани тела смогли воспользоваться запасенным кислородом, это вещество должно при необходимости очень легко с ним расставаться. Таким веществом является гемоглобин. Он обладает обоими, совершенно необходимыми для дыхания свойствами. Когда кровь оказывается в легких, где кислорода много, гемоглобин немедленно вступает в контакт с кислородом. Благодаря этому кубический сантиметр крови уносит с собой 0,2 кубического сантиметра кислорода, то есть 20 процентов от объема крови, и затем отдает его тканям тела.

Более мощные запасы кислорода потребовались отдельным органам, главным образом мышцам. В организме многие мышцы работают ритмично по нескольку часов подряд. Это мышцы ног, крыльев, жевательные, а дыхательные и мышца сердца никогда не прерывают своей работы. Оказалось, что на ходу снабжать их кислородом практически невозможно. Когда мышца сокращается, сосуды в ней пережимаются, и кровь по ним следовать не может.

В это время мышца дышит за счет запасов кислорода, созданных с помощью особого мышечного гемоглобина. Он очень похож на гемоглобин крови. Единственное существенное отличие в том, что мышечный гемоглобин гораздо легче захватывает кислород и более крепко его держит, отдавая только тогда, когда в окружающей среде кислорода станет совсем уж мало. В сердечной мышце теплокровных содержится 0,5 процента мышечного гемоглобина, что позволяет на каждый грамм мышцы запасать 2 кубических сантиметра кислорода. Вполне достаточное количество, чтобы обеспечить нормальную работу мышцы в момент прекращения кровотока.

Водные млекопитающие и водоплавающие птицы, которым приходится подолгу находиться под водой, превратили мышцы, в первую очередь самые важные, в еще более мощные склады кислорода, насытив их большим количеством мышечного гемоглобина. Это дает возможность кашалотам на 30–50 минут погружаться в воду и проплывать за это время большие расстояния. Еще дольше – 1,5–2 часа может находиться под водой аллигатор.

Кислорода в атмосфере нашей планеты очень много, а убыль его постоянно восполняют зеленые растения. Казалось, что человеку никогда не придется столкнуться с его недостатком. С большим огорчением приходится признать, что эти надежды не оправдались.

Несколько лет назад в Японии столкнулись с необходимостью иметь запасы кислорода даже в условиях обычных повседневных дел. По улицам Токио и других крупнейших городов страны движется нескончаемый поток автомобилей, отравляющий воздух углекислым и угарным газами. Такой воздух, хотя кислорода в нем еще достаточно, для дыхания людей становится непригодным.

Полицейские, которые по роду службы работают на улице, не в состоянии выстоять целую смену. Чтобы избежать тяжелых отравлений, их приходится снабжать кислородом. Уже давно в полицейских участках и на важнейших постах стоят баллоны со сжатым газом, чтобы постовые могли время от времени отдышаться. А сейчас на улицах Токио начали устанавливать кислородные приборы и для прохожих, наподобие наших автоматов для продажи газированной воды. Опустив в автомат монетку, каждый теперь может получить порцию кислорода и слегка проветрить легкие.

На Земле найдется немало мест, где кислорода очень мало или вовсе нет. Чаще всего в этом повинны сами живые существа. Особенно много потребляют кислорода бактерии. Один миллиграмм их за час способен «сжевать» 200 кубических миллиметров кислорода. Следует сказать, что работающая мышца такого же веса за это время потребляет только 20, а во время покоя и того меньше – всего 2,5 кубического миллиметра кислорода. Из за активной деятельности бактерий и более крупных микроорганизмов многие закоулки нашей планеты становятся малопригодными для жизни, и животным приходится всячески изощряться, чтобы освоить и эти экологические ниши.

Личинки жуков донициа и макроплеа делают на растениях надрезы и присоединяют к ним дыхальца брюшка. Другие насекомые втыкают в растение стилет и сосут кислород из межклеточного пространства. Богатые кислородом межклеточные пространства – излюбленные места для окукливания.

Еще сообразительнее оказались гусеницы бразильских парапониксов. Они строят себе дом из кусочков зеленых растений и по мере отмирания обновляют их. Благодаря этому днем на свету в гнездах парапониксов всегда много кислорода, зато ночью, чтобы не задохнуться от выделяемого растениями углекислого газа, гусеницам приходится вылезать наружу.

Ничтожно мало кислорода в желудке и кишечнике позвоночных. Но и здесь его научились добывать существа, которым показалось тесно под солнцем. Среди них не последнее место занимает личинка желудочного овода, живущая в пищеварительном тракте лошадей. Как и все насекомые, личинка имеет для дыхания трахейную систему, только, может быть, более мощную и более разветвленную, чем у ее наземных собратьев, и красные органы – парное образование, состоящее из большого числа крупных красных клеток. К каждой клетке подходит трахеальный стволик и разветвляется в ее протоплазме на множество трахеол.

Как функционируют красные органы, пока еще не совсем ясно, но что они играют главную роль в обеспечении личинки желудочного овода кислородом, не подлежит сомнению. Об этом свидетельствует большое количество гемоглобина, который и придает клеткам красный цвет, причем его сродство с кислородом, то есть способность вступать в соединение при самых небольших концентрациях этого газа, в сотни раз выше, чем у млекопитающих.

Очень распространенный обитатель кишечника млекопитающих животных – аскариды. Еще недавно считали, что они научились обходиться без кислорода. Однако, к удивлению ученых, в теле свиной аскариды было обнаружено два сорта гемоглобина, который сосредоточен в двух местах, в стенке тела и в парентеральной жидкости, заполняющей полость тела. Наружный гемоглобин в 2500, а внутренний даже в 10 000 раз медленнее расстается с захваченным кислородом, чем гемоглобин свиньи.

Для чего аскариде гемоглобин, если она может обходиться без кислорода? Теоретические расчеты показывают, что система из двух гемоглобинов с нарастающей жадностью к кислороду может быть идеальным его переносчиком, особенно в условиях значительного кислородного дефицита.

Еще более низко организованные животные, и в первую очередь бактерии, не имеют гемоглобина и поэтому не могут активно извлекать кислород из окружающей среды. Между тем судьба нередко забрасывает их туда, где кислорода ничтожно мало или он полностью отсутствует. Тем не менее эти существа прекрасно себя чувствуют, легко мирясь с отсутствием кислорода. Их называют анаэробными, то есть живущими без воздуха.

Как же удается анаэробам обходиться без кислорода? Еще сравнительно недавно этот вопрос казался неразрешимой загадкой. Теперь мы знаем, что без кислорода дело не обходится. Просто анаэробы получают его не из атмосферы, а из органических веществ, некоторые же бактерии умеют извлекать кислород даже из неорганических соединений, используя для этого нитриты и сульфиты.

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

Процесс окисления, когда отнимается водород, называют брожением. Брожение приводит к расщеплению органических веществ, в результате которого возникают окисленные и восстановленные вещества и высвобождается необходимая для организма энергия.

Наиболее известный вид брожения, которое встречается у одноклеточных, – расщепление молекулы глюкозы с образованием двух молекул этилового спирта (восстановленное вещество) и двух молекул углекислого газа (окисленное вещество).

У многоклеточных животных наиболее широкое распространение имеет молочнокислое брожение: расщепление углеводов, например молекулы сахара, на две молекулы молочной кислоты, в которых содержится меньше энергии, чем в исходном веществе. Расщепление углеводов происходит не сразу, а сопровождается целой серией реакций, в результате которых кислород, находящийся в молекуле сахара, у внутреннего атома углерода, переходит к внешнему, что и является причиной высвобождения энергии.

Излишек кислорода опасен не только животным. Он оказывается вредным и для растений. Интересно, что атмосфера нашей планеты, которую растения насытили кислородом, для них неблагоприятна. Им маловато углекислого газа и, что еще удивительнее, слишком много кислорода. Как показали недавние исследования, не только обычная концентрация, но даже всего лишь 2 процента кислорода в среде, десятая часть того, что содержит атмосфера, заметно тормозит фотосинтез. Оказывается, растения создали сами для себя совсем неподходящую атмосферу. Будь кислорода меньше, они росли бы и развивались более интенсивн.