Второй круг кровообращения
Это история в картинках о том, как у наземных животных возник второй круг кровообращения. Для любителей эволюции, а также людей, неравнодушных к неожиданным инженерным решениям. Надеюсь, вы получите удовольствие, потому что с инженерной точки зрения это решение хотя и странное, но, учитывая ограничения, с которым сталкивается эволюция (необходимость постепенных изменений) весьма логичное и, на мой взгляд, близкое к оптимуму.
Полагаю, всё можно было сделать гораздо проще и более оптимально, но для этого нужно было осуществить «революционные» скачки. Эволюция же, ограниченная необходимостью постепенных трансформаций, пришла к тому же самому более сложным, окольным путём, и конструкция получилась достаточно своеобразная.
Введение
Представим себе рыбу. У рыбы один круг кровообращения. Жабры включены в этот круг последовательно, то есть в каждом цикле 100% крови проходят через жабры, что обеспечивает максимально возможное насыщение крови кислородом. Думаю, кровеносная система рыбы оптимальна с точки зрения простоты и эффективности.
У рыб имеется дополнительный источник кислорода, плавательный пузырь, который фактически является примитивным лёгким. Кровь, проходя через капилляры плавательного пузыря, за счёт диффузии насыщается находящимся там кислородом. Однако эффективность такого дыхания невелика, так как плавательный пузырь - рядовой орган, через который в каждом цикле проходит лишь небольшая часть крови.
Предположим, что необходимо «на ходу», не выключая агрегат, перейти на дыхание лёгким. Если бы я был Создателем, я бы сделал это просто: разорвал спинную аорту дальше того места, где от неё отходит лёгочная артерия, отключил лёгочную вену от полой вены и подключил её в разрыв спинной аорты. В итоге получилась бы двоякодышащая рыба, у которой 100% крови за один цикл проходит через лёгкие.
После этого можно убирать жабры. Получится идеальная кровеносная система наземного животного. Такая же как у рыб, с одним кругом кровообращения и двухкамерным сердцем, но с лёгкими вместо жабер.
В действительности же у млекопитающих конструкция кровеносной системы несколько иная. В принципе, она соответствует кровеносной системе рыб (за один цикл 100% крови проходит через лёгкие), однако сердце четырёхкамерное. Если считать четырёхкамерное сердце компоновкой в едином блоке двух двухкамерных сердец, то можно сказать, что кровеносная система млекопитающих - это кровеносная система рыб с лёгкими вместо жабер и одним дополнительным двухкамерным сердцем.
О главном
Сейчас я попытаюсь показать, как кровеносная система рыб путем непрерывных трансформаций превращается в кровеносную систему млекопитающих.
Итак, имеем рыбу c плавательным пузырём в качестве дополнительного источника кислорода.
Как я уже говорил, через плавательный пузырь за один цикл кровообращения проходит незначительное количество крови. Самый простой способ повысить это количество - увеличить разность давлений между входным отверстием артерии и выходным отверстием вены плавательного пузыря (в дальнейшем это будет лёгочная артерия и лёгочная вена). Увеличить давление очень просто - нужно переместить точки подключения лёгких ближе к сердцу. Естественный отбор будет благоприятствовать такому смещению. В законченном виде этот процесс наблюдается у двоякодышащих рыб. Лёгочная вена смещается по полой вене в сторону сердца и попадает сначала в венозный синус, а затем в левую часть предсердия. В месте вхождения вены в предсердие возникает расширение, которое со временем развивается в полость предсердия.
Лёгочная артерия тоже смещается в сторону сердца. Однако поскольку перескочить через капиллярную систему жабер она не может, она останавливается на отводящей артерии ближайшей к сердцу жаберной дуги.
Уже у двоякодышащих рыб начинается редукция капиллярной системы жабер. Действующими остаются только две жаберных дуги с каждой стороны, остальные жаберные дуги превращаются в перемычки (артериальные дуги), которые шунтируют жабры. Прагматический смысл этого процесса, видимо, состоит в том, что у обычных рыб кровь полностью проходит через жаберные капилляры, поэтому пересыхание жабер останавливает кровоток. Параллельные артериальные перемычки частично решают эту проблему.
Далее идёт редукция капиллярной системы жабер. У амфибий она достигает своего логического завершения. Жабры превращаются в 4 артериальные дуги, лёгочная артерия продолжает смещаться по последней (6-й, если считать с редуцированными первыми двумя, которые есть у хрящевых рыб) дуге в сторону сердца.
У амфибий ввиду отсутствия жабер к органам течёт смешанная (артериальная + венозная) кровь, которая на рисунке обозначается зелёным цветом.
У рептилий начинается демонтаж артериальных дуг. Перемычка 6-й артериальной дуги, между лёгочной артерией и спинной аортой исчезает, и лёгочная артерия оказывается подключённой непосредственно к брюшной аорте.
В дальнейшем этот процесс доходит до своего логического завершения. Лёгочная артерия выходит прямо из желудочка сердца. Причём подключение получается перекрёстным - лёгочная вена впадает в левое предсердие, а лёгочная артерия выходит из правой части желудочка. Прагматический смысл этого состоит, видимо, в следующем. Большая часть артериальной крови из лёгочной вены попадает в аорту и идёт к органам, большая часть венозной крови из полой вены попадает в лёгочную артерию и идёт в лёгкие. В противном случае к органам шла бы в основном венозная кровь, которая уже прошла по ним в предыдущем цикле, и снабжение органов кислородом ухудшилось бы.
Для дальнейшего разделения венозной и артериальной крови в желудочке возникает переборка, которая делит его на правый и левый желудочки. Этот процесс практически закончился у крокодилов, и в полностью завершённом виде наблюдается у млекопитающих.
Полагаю, всё можно было сделать гораздо проще и более оптимально, но для этого нужно было осуществить «революционные» скачки. Эволюция же, ограниченная необходимостью постепенных трансформаций, пришла к тому же самому более сложным, окольным путём, и конструкция получилась достаточно своеобразная.
Введение
Представим себе рыбу. У рыбы один круг кровообращения. Жабры включены в этот круг последовательно, то есть в каждом цикле 100% крови проходят через жабры, что обеспечивает максимально возможное насыщение крови кислородом. Думаю, кровеносная система рыбы оптимальна с точки зрения простоты и эффективности.
У рыб имеется дополнительный источник кислорода, плавательный пузырь, который фактически является примитивным лёгким. Кровь, проходя через капилляры плавательного пузыря, за счёт диффузии насыщается находящимся там кислородом. Однако эффективность такого дыхания невелика, так как плавательный пузырь - рядовой орган, через который в каждом цикле проходит лишь небольшая часть крови.
Предположим, что необходимо «на ходу», не выключая агрегат, перейти на дыхание лёгким. Если бы я был Создателем, я бы сделал это просто: разорвал спинную аорту дальше того места, где от неё отходит лёгочная артерия, отключил лёгочную вену от полой вены и подключил её в разрыв спинной аорты. В итоге получилась бы двоякодышащая рыба, у которой 100% крови за один цикл проходит через лёгкие.
После этого можно убирать жабры. Получится идеальная кровеносная система наземного животного. Такая же как у рыб, с одним кругом кровообращения и двухкамерным сердцем, но с лёгкими вместо жабер.
В действительности же у млекопитающих конструкция кровеносной системы несколько иная. В принципе, она соответствует кровеносной системе рыб (за один цикл 100% крови проходит через лёгкие), однако сердце четырёхкамерное. Если считать четырёхкамерное сердце компоновкой в едином блоке двух двухкамерных сердец, то можно сказать, что кровеносная система млекопитающих - это кровеносная система рыб с лёгкими вместо жабер и одним дополнительным двухкамерным сердцем.
О главном
Сейчас я попытаюсь показать, как кровеносная система рыб путем непрерывных трансформаций превращается в кровеносную систему млекопитающих.
Итак, имеем рыбу c плавательным пузырём в качестве дополнительного источника кислорода.
Как я уже говорил, через плавательный пузырь за один цикл кровообращения проходит незначительное количество крови. Самый простой способ повысить это количество - увеличить разность давлений между входным отверстием артерии и выходным отверстием вены плавательного пузыря (в дальнейшем это будет лёгочная артерия и лёгочная вена). Увеличить давление очень просто - нужно переместить точки подключения лёгких ближе к сердцу. Естественный отбор будет благоприятствовать такому смещению. В законченном виде этот процесс наблюдается у двоякодышащих рыб. Лёгочная вена смещается по полой вене в сторону сердца и попадает сначала в венозный синус, а затем в левую часть предсердия. В месте вхождения вены в предсердие возникает расширение, которое со временем развивается в полость предсердия.
Лёгочная артерия тоже смещается в сторону сердца. Однако поскольку перескочить через капиллярную систему жабер она не может, она останавливается на отводящей артерии ближайшей к сердцу жаберной дуги.
Уже у двоякодышащих рыб начинается редукция капиллярной системы жабер. Действующими остаются только две жаберных дуги с каждой стороны, остальные жаберные дуги превращаются в перемычки (артериальные дуги), которые шунтируют жабры. Прагматический смысл этого процесса, видимо, состоит в том, что у обычных рыб кровь полностью проходит через жаберные капилляры, поэтому пересыхание жабер останавливает кровоток. Параллельные артериальные перемычки частично решают эту проблему.
Далее идёт редукция капиллярной системы жабер. У амфибий она достигает своего логического завершения. Жабры превращаются в 4 артериальные дуги, лёгочная артерия продолжает смещаться по последней (6-й, если считать с редуцированными первыми двумя, которые есть у хрящевых рыб) дуге в сторону сердца.
У амфибий ввиду отсутствия жабер к органам течёт смешанная (артериальная + венозная) кровь, которая на рисунке обозначается зелёным цветом.
У рептилий начинается демонтаж артериальных дуг. Перемычка 6-й артериальной дуги, между лёгочной артерией и спинной аортой исчезает, и лёгочная артерия оказывается подключённой непосредственно к брюшной аорте.
В дальнейшем этот процесс доходит до своего логического завершения. Лёгочная артерия выходит прямо из желудочка сердца. Причём подключение получается перекрёстным - лёгочная вена впадает в левое предсердие, а лёгочная артерия выходит из правой части желудочка. Прагматический смысл этого состоит, видимо, в следующем. Большая часть артериальной крови из лёгочной вены попадает в аорту и идёт к органам, большая часть венозной крови из полой вены попадает в лёгочную артерию и идёт в лёгкие. В противном случае к органам шла бы в основном венозная кровь, которая уже прошла по ним в предыдущем цикле, и снабжение органов кислородом ухудшилось бы.
Для дальнейшего разделения венозной и артериальной крови в желудочке возникает переборка, которая делит его на правый и левый желудочки. Этот процесс практически закончился у крокодилов, и в полностью завершённом виде наблюдается у млекопитающих.