В чем различие между морскими млекопитающими и человеком?

В чем различие между морскими млекопитающими и человеком?

Водные млекопитающие не обладают никакими дополнительными органами по сравнению с человеком[47]. Как и у нас, у них есть глаза, чтобы видеть; уши, чтобы слышать; есть чувство обоняния и осязания; половые органы и система воспроизведения подобны нашим. Самки вскармливают своих детенышей молоком, их период беременности относительно схож с этим периодом у женщин, и каждый раз рождается только один детеныш, двое и более — редко, лишь в случае близнецовых родов. Как и мы, водные млекопитающие имеют сердце и легкие и, как и мы, должны, погружаясь, задерживать дыхание. Эта особенность очень важна, но, к сожалению, большинство людей не отдает себе в этом отчета.

Верно ведь, что многие еще и сегодня считают китов рыбами? Так вот, не путайте морских млекопитающих (китообразных, ластоногих и сиренообразных) с рыбами! В прежние времена рыбами назывались все существа, живущие в воде, от морских звезд до гигантского спрута, впрочем, на некоторых островах Карибского архипелага слово “fish” — рыба и до сих пор распространяется на все морские существа. Сегодня мы знаем, что рыба — это водное позвоночное с туловищем, покрытым чешуей, с кровью переменной температуры, передвигается оно при помощи плавников, размножается, обычно откладывая яйца (икринки), и, что самое главное, не вдыхает воздух легкими, а извлекает посредством жабр растворенные в воде газы.

Млекопитающие же, наоборот, не могут дышать под водой, у них не жабры, как у рыб, а легкие, подобные нашим. Миллионы лет назад их земные предки дышали совершенно так же, как и мы. По причинам, которые зоологи не могут пока полностью объяснить (а если их и принять, то вполне годна и теория “водной обезьяны”), эти земные животные вновь стали водными, но не совсем, как рыбы. Однако наиболее морские из них, как, например, дельфины (китообразные), с веретенообразным туловищем, раньше других приспособившись к водной среде, понемногу обретают внешнее сходство с рыбами[48].

Сделаем краткий обзор морских млекопитающих.

Ластоногие

Ластоногие объединяют ушастых тюленей, моржей и обыкновенных тюленей. Встречаются они во всех морях мира, но главным образом в морях Арктики и Антарктики. Большую часть своей жизни они проводят на суше в противоположность китообразным, неспособным покидать воду. Превосходные подводники: их ноздри закрываются при погружении и открываются над водой. В отличие от китообразных, у которых дыхательный процесс не автоматический, а управляемый но желанию, ластоногие могут спать, сохраняя автоматизм дыхания. Они так же хорошо видят в воле, как и вне ее. Совокупляются на суше; передвигаются по ней с достаточной легкостью; они сохранили многие “земные” черты, такие, например, как шерстный покров. Ластоногие проливают слезы, однако, разумеется, не из-за сентиментальности, а по мотивам вполне физиологическим: ввиду отсутствия носослезного протока избыток соленой воды в организме удаляется через глаза. У нас слезы, как известно, также соленые.

Семейство сирен

Это морские травоядные млекопитающие, жизнь которых длительное время протекает на берегу. Они медлительны, миролюбивы, полностью лишены каких-либо средств защиты. Их мясо съедобно, а выделанная шкура представляет очень прочный материал. Из-за этого один из трех известных видов — стеллерова корова — был полностью истреблен в 1768 г. Эти животные жили стадами на побережьях Камчатки, Берингова пролива, Алеутских и Командорских островов и на острове Кадьяк[49]. Они достигали 7–8 м в длину и были настолько легкой добычей, что больше не существует ни одного экземпляра. Ламантины и дюгони также находятся на пути к исчезновению[50].

а. Ламантины

Ламантины обитают по берегам и в реках Северной Америки, особенно Флориды, Южной Америки, а также в лагунах и реках Африки. Взрослые особи достигают двух с половиной метров, их хвостовой плавник очень плоский и скругленный. Это они подарили нам миф о “водных людях”, о “сиренах”. Что касается меня, должен сказать, что меня они интересовали всегда. Больше с точки зрения зоологической, чем человеческой. Мои первые контакты с этими созданиями произошли во Флориде, где двадцать лет назад их можно было видеть довольно часто, пока они плавали в реке Минни, не полностью засоренной в те времена, или в неглубоких водах области Мэйзсон-Хэмморк к югу от Майами. Там под водой я несколько раз сталкивался нос к носу с ламантином. В своей родной стихии ни один из них ни разу не проявил даже намека на агрессивность. Я плавал и нырял среди них в проливе Мечты на севере Флориды, в Манати-Спрингс, недалеко от того места, где я живу и где снимал о них фильм с моим другом Дмитрием Ребиковым. Вода там была кристально прозрачная. Самки казались более грациозными, с нежным взглядом косули и неожиданно для их веса плавными движениями[51]. При взгляде на них легко всплывал образ мифической сирены.

б. Дюгони

Они вегетарианцы. Обитают от Красного моря до Австралии, они есть на Мадагаскаре, Коморских островах, на Филиппинах. Голова у них массивнее, чем у ламантинов, а форма хвоста, которым они двигают тоже сверху вниз, больше напоминает рыбью. Взрослый самец достигает 3 м, их кожа очень толстая (от 10 до 15 мм), покрыта редкими, тонкими и мягкими волосками. Их половые органы скрыты под кожей брюха; млечные железы самок находятся на груди почти под мышками. Поскольку в противоположность ламантинам они очень плохо переносят неволю, а в естественной среде их изучение сопряжено с немалыми трудностями, биология дюгоней еще во многом неизвестна. Для этих животных характерны длительные апноэ до двадцати минут. Их носовые отверстия, расположенные на конце морды, похожи на отдушины.

Китообразные

Китообразные делятся на два подотряда:

а) беззубые, или усатые, киты (гренландский кит, южный кит, горбач, финвал и др.)[52];

б) зубатые (кашалоты, дельфины, морские свиньи, косатки).

Современная наука допускает, что все они являются потомками земных животных, без сомнения, четвероногих, хотя промежуточные звенья еще не обнаружены. Известно, впрочем, что их предки были значительно мельче, не более 6 м. Места их обитания — почти все моря земного шара, приспособленность к водной среде отличная. Почти. Осталась ниточка, соединяющая их с поверхностью, — это необходимость дышать. Как мы уже отмечали, воздух у китов попадает в легкие через ноздри, представляющие собой отверстия, расположенные на макушке, иначе говоря, отдушины (у кашалота — на передней части морды). Открываются и закрываются они под строгим контролем со стороны животного, так как в противоположность земным морские млекопитающие не способны кашлять, и, если бы вода попала в отдушину, случай этот стал бы несчастным. Грудные ласты китообразных напоминают руки человека, в них различаются плечевая и лучевая кость; туловище не снабжено шубой, кожа гладкая и хорошо обтекаемая. Дыхательные пути и пищевод разделены — следовательно, животные не в состоянии выбросить через дыхало воду, которая может попасть им в рот.

а. Беззубые (усатые) киты

Гиганты моря беззубые киты питаются планктоном, мельчайшими ракообразными и рачками, которых китобои называют “криль”[53]. Усатые киты безобидны и неопасны.

б. Зубатые киты

Хищные морские млекопитающие; питаются прежде всего рыбой, моллюсками, ракообразными, некоторые не брезгуют и собратьями (косатки, не колеблясь, нападают на кашалотов и пожирают мелких тюленей[54]), обладают умственными способностями, более высокими, чем у других животных, и приближаются к уму человека[55]. Они также великолепные апноисты и ныряют глубже любого другого млекопитающего. Среди них особенно интересны дельфины, морская свинья, косатка и кашалот.

Морская свинья

Она очень похожа на дельфина, и их часто путают. Отметим же маленькие различия: морская свинья встречается вдоль берегов Северной Атлантики, на Балтике, в северной части Тихого океана, она может заходить в устья рек и подниматься по ним даже на 300 км. Морская свинья значительно меньше дельфина (около 1 м 80 см длины), с черной спиной и белым брюхом, со скругленной мордой, т. е. характерный дельфиний клюв отсутствует. Черная морская свинья лишена спинного плавника. Питается она рыбой (сельдь, камбала), а также ракообразными и головоногими (кальмары, каракатицы и т. д.). Она умна, как и дельфин[56].

Кашалот

Этот гигант зубатых китообразных может достигать 18 м. В отличие от других китов его нижняя челюсть не имеет китового уса, вместо него есть широкие конусовидные костяные зубы. Некоторые из этих зубов (на каждой стороне нижней челюсти их насчитывается от 20 до 30) весят целый килограмм, а то и больше.

Кашалот плавает на большой глубине (есть свидетельства, будто бы они обнаружены запутавшимися в телефонных подводных кабелях более чем на километровой глубине). Нижняя челюсть, которая скоблит дно[57], немедленно захлопывается, как только щупальце кальмара или другого головоногого подворачивается “под руку”. Иногда эти кальмары огромны, и тогда два гиганта сталкиваются в бездне в невообразимом сражении, исход которого бывает смертельным для одного из них. На телах мертвых кашалотов обнаруживали следы от крючьев и присосок размером с блюдце. Их оставили щупальца, которые есть только у гигантских кальмаров (десять конечностей вместо восьми, как у осьминога).

Кашалоты всегда преследовались человеком из-за их амбры и жира. Несмотря на все протесты экологов, охота продолжается, и эти чудесные животные также находятся на пути к полному исчезновению[58].

Косатка

Не надо путать косатку с китом и уж тем более с “китом-убийцей”. Это тот же дельфин, только очень большой (встречались экземпляры до 9 м), его спинной плавник возвышается над водой на 1 м 80 см. Морда у косатки скругленная, без клюва. Челюсти широкие с очень крепкими зубами. Спина черная, брюхо белое, грудные плавники очень широкие. Косатка — могучий пловец и первоклассный ныряльщик. Живут косатки группами и имеют самую высокую социальную организацию среди развитых млекопитающих[59]. Никогда не оставляют в беде своих собратьев и общаются между собой посредством самого настоящего языка, звуковые модуляции которого отличны от модуляций других дельфинов[60].

Плотоядная, атакующая в море других морских млекопитающих, включая китов, она опасна. В неволе, наоборот, эта “убийца” становится чрезвычайно послушной. Ее умственные способности ничуть не ниже дельфиньих[61].

Сравнительное исследование

Среди всех морских млекопитающих китообразные, и в частности зубатые, интересуют нас больше других не только по причине выдающихся умственных способностей, но также и из-за определенного физического сходства с человеком. Мы видели, что природа не снабдила их каким-либо дополнительным органом или системой, отличными от человеческих существ. Как и мы, чтобы погрузиться в море, они должны делать апноэ.

Сейчас мы узнаем, почему они в этом совершеннее нас.

Основные различия

а. Податливые ребра

Благодаря эластичности ребер у них происходит замедление дыхания. Установлено, что их “дыхательная амплитуда” в 5—10 раз больше, чем у человека, что улучшает обновление альвеолярного воздуха. По этой же причине значительно эластичнее нашей и грудная клетка морских млекопитающих, способная выдерживать гораздо большие давления и, следовательно, значительно изменять свой внутренний объем. Возможно, например, такое понижение кровяного давления в легких, при котором стенки альвеол будут соприкасаться, т. е. легочный объем сократится до размеров мертвого пространства[62]. Хотя легкие морских млекопитающих пропорционально меньше наших, используют они их эффективнее. При каждом вдохе нормальный человек обновляет только 15–20 % своего легочного объема воздуха; дельфин же в долю секунды вдыхает почти 90 % свежего воздуха, из которого извлекает половину содержащегося в нем кислорода[63], в то время как наши легкие не позволяют нам извлечь более 5–6 %. Короче говоря, дельфин, вдыхая в три раза больше нас воздуха, использует его в шесть раз лучше. Мало того, во время глубоководных погружений при сжатии легких воздух остаточного объема притекает в мертвое пространство бронхов и трахеи, которые препятствуют газовой диффузии через свои стенки, накапливая, следовательно, азот в тканях (доктор Ж. Р. Луильер).

б. Устойчивость к углекислому газу

Морские млекопитающие лучше противостоят повышенному содержанию CO₂ в крови, и из-за этого использование кислорода вдыхаемого воздуха обычно вдвое выше.

в. Шунты

Анатомические шунты[64] (ответвления от основного направления в обход какого-либо участка) замедляют попадание CO₂ в мозг.

г. Количество легочных альвеол

Это число у человека равно 150 млн. единиц. Будь дельфин таких же размеров, его легкие насчитывали бы до 450 млн. альвеол.

д. Резервы

Известно, что кислород воздуха фиксируется в красных кровяных шариках. У зубатых китов их содержание повышено. Фиксирующий пигмент — гемоглобин, которым так богата кровь этих животных, способствует насыщению кислородом кровяных шариков.

е. Миоглобин

Это особое соединение запасает кислород непосредственно в мышцах. Мышцы животных-ныряльщиков содержат двойной запас миоглобина по сравнению с мышцами человека. Нам пока неизвестно, каким образом им удается разлагать миоглобин, высвобождая из него кислород.

Объем крови морских млекопитающих в процентном отношении к весу тела вдвое больше, чем у земных[65]. Сама кровь лучше приспособлена к транспортировке кислорода, половина которого сосредоточена на уровне миоглобина.

Возникает существенный вопрос: каким образом китообразные во время погружения справляются с нехваткой кислорода — горючего своих мышц и мускулов? Попытаемся ответить. Подводник, долго вентилирующий легкие перед тем, как нырнуть, загружает кислородом гемоглобин крови (41 % используемого кислорода) и миоглобин мышц (13 %), в то время как остаток идет в легкие (34 %) и другие ткани (12 %). Китообразные же, наоборот, с практически пустыми легкими и ненаполненными миоглобином мышцами сосредоточивают тот же самый 41 % кислорода в крови и такое же высокое (по мнению профессора Слайпера из Амстердамского университета) количество его в миоглобине, т. е. тоже 41 %. Вот откуда берется дополнительный запас горючего для мышц, в три раза превышающий запас любого ловца жемчуга.

ж. Запас кислорода в начале апноэ выше, чем у человека

Покидая поверхность, прежде чем задержать дыхание, зубатые китообразные испытывают благотворное влияние от более удачного “вклада” кислорода. Но не только этим объясняется их способность опускаться на те глубины, которых они достигают. В организме животного обнаруживаются и другие явления, приводящие в действие целый комплекс механизмов и рефлексов регулирования и приспособления к новым условиям, предписанным животному в погружении.

з. Низкий уровень основного метаболизма

Доктор Гвиллерм определяет основной метаболизм как “максимальное потребление кислорода в состоянии покоя на единицу веса и поверхности тела”. Сейчас установлено, что метаболизм у млекопитающего-ныряльщика значительно ниже, чем у человека[66]. Мы уже заметили, что большие размеры слона облегчают этому животному сохранение тепла. Аналогично и ткани крупных морских млекопитающих нуждаются в меньшем потреблении кислорода, поскольку они эффективнее используют каждое пополнение легких воздухом. Метаболизм ламантина в 5—10 раз ниже, а кита — в 14 раз ниже, чем у нас.

и. Защита от холода

Мы говорили, рассказывая о водной обезьяне, что человек имеет слой подкожного жира, позволяющий ему некоторое время противостоять холодной воде. Такой изотермический слой есть у всех млекопитающих-ныряльщиков, животные же северных морей защищены от холода массивной жировой оболочкой, и их потери тепла значительно ниже[67].

к. Периферийное сужение сосудов

При погружении китообразных за счет сужения сосудов в периферийных областях тела, в конечностях кровь возвращается и концентрируется в районе грудной клетки и в наиболее “ценных” органах, которым она в данный момент особенно нужна.

л. “Чудесные сети” Кювье[68]

Кювье открыл у млекопитающих-ныряльщиков сеть капилляров, выполняющих роль настоящих теплообменников. Во время процесса периферийного сосудосужения эти “чудесные сети” выступают посредниками между насыщенными кровью областями тела животного и обескровленными, создавая некоторым образом преграду теплу и ограничивая его распространение необходимым минимумом. Такие капилляры сравнивают с губками, хранящими запасы свежей крови в грудной клетке и мозге[69].

Робер Стенюи в книге “Дельфин — кузен человека” описывает наблюдение ученых: “Артериальная система дельфинов и китов имеет многочисленные модификации. Это бесконечные извилины артерий, широкое сплетение сосудов, наполненных обогащенной кровью, в основном они сосредоточены под плеврой, между ребрами, с обеих сторон позвоночника. Ответвляясь от одних к другим, они могут вдруг развернуться, как если бы были образованы только одним сосудом, тысячу раз сложенным вокруг себя самого”. Самая важная артерия простирается вдоль позвоночного столба и между ребрами. Эта “чудесная сеть” грудной клетки образована двумя маленькими ветвями аорты и межреберными артериями. Такая же сеть окружает мозг, насыщаемый кислородом позвоночных артерий, которые тесно связаны с “чудесной сетью” грудной клетки.

м. Обращение к анаэробному дыханию

Мы видели в начале этого исследования, что “каждая живая клетка содержит цитоплазму, в которой зафиксировано прародительское анаэробное дыхание…” (д-р Гвиллерм). Иначе говоря, организм млекопитающих-ныряльщиков может обратиться за помощью к приспособленным функциям древнего анаэробного дыхания, когда запас кислорода у него на пределе, и выиграть несколько лишних минут.

н. Кислородный дефицит

Млекопитающее-ныряльщик может заставить ткани своего организма занять часть кислорода в долг, в ограниченнейший долг, который поспешит восполнить, как только вернется на поверхность[70].

о. Брадикардия при погружении

Доктор Поль Бер, французский исследователь, уже в 1870 г. изучал процесс замедления сердечного ритма утки. В 1899 г. было начато систематическое исследование этого явления у животных-ныряльщиков. Брадикардия уменьшает энергетический расход сердечной мышцы, замедляет перенос кислорода к тканям, и по этой же причине тормозятся метаболические процессы (д-р Гвиллерм). Этот механизм выживания срабатывает моментально, едва голова животного или человека погружается в воду, он похож на снижение числа оборотов мотора при сокращении подачи топлива (кислорода на нашем примере). У человека расположенные вокруг губ нервные окончания чувствительнейшей системы тройничного нерва сразу же реагируют на контакт с водой, и передаваемые мозгом сообщения приказывают сердцу приостановить свою деятельность.

Вот основные данные сердечного ритма, примерная таблица брадикардии у некоторых известных животных и человека.

На поверхности, ударов в минуту / В погружении, ударов в минуту

Нормальный человек 70 / 50

Подводник 70 / 35

Хорошо тренированный подводник 60 / 28

Дельфин 110 / 45

Белуха 30 / 16

Бобр 140 / 20

Тюлень 120 / 10

Пингвин 240 / 20

Обратите внимание, что у некоторых животных это явление просто поражает. Профессор Дж. Г. Корриол говорит, что, как правило, “у млекопитающих брадикардия появляется с самого начала погружения, никогда не предшествует ему и исчезает при всплытии или немного раньше. Похоже, существует связь между скоростью, с которой устанавливается брадикардия, минимальной частотой ударов сердца и временем погружения”.

Напомню, что во время моего эксперимента в море у острова Эльба в 1973 г. доктор Сандро Маррони снял на моей сонной артерии сердечный ритм в 28 ударов в минуту при 15-секундном апноэ на глубине 86 м, в то время как мой нормальный ритм — 62–65, и сразу же после всплытия он подскакивает до 90. п. Приток крови к легким

Это явление, называемое американцами “blood shift” (сдвиг крови), установлено впервые Шоландером, оно состоит в важном изменении кровообращения, вызванном прямым воздействием давления воды на организм животного. С увеличением глубины и давления происходит отток крови от конечностей, концентрация ее в области грудной клетки и наиболее “ценных” органов, прежде всего сердца и мозга[71]. В результате этого сосуды и капилляры, окружающие легкие и легочные альвеолы, как бы затвердевают, и сопротивление организма давлению увеличивается[72]. Кроме того, эта дополнительная кровь обогащена запасными красными кровяными тельцами из резерва, предоставленного менее важными в этот момент органами (печенью, например), что удлиняет животному время апноэ.