Нет нужды говорить, что рыбы и млекопитающие дышат по-разному: одни живут в воде, другие — на суше, и хотя все-все нуждаются в кислороде, дыхательная система у этих существ подстроена под соответствующую среду обитания.
Но если сравнить зверей и птиц, которые живут за счёт кислорода воздуха, то мы и тут обнаружим, что птицы дышат иначе, чем звери (хотя различия не столь велики, как с рыбами). И у птиц, и у млекопитающих есть лёгкие, и, казалось бы, дыхание должно происходить по известной схеме: вдохнули свежий воздух — насытили кровь кислородом — выдохнули использованный воздух. Однако у птиц насыщение крови кислородом происходит как на вдохе, так и на выдохе — за счёт воздушных мешков, соединённых с бронхами и заполняющихся воздухом при вдохе. В этих воздушных мешках воздух сохраняется до выдоха, а потом идёт обратно тем же путём, через лёгкие, где отдаёт кислород в кровь. Такой способ дыхания называется двойным, и появился он у птиц для того, чтобы они не испытывали кислородного голодания во время полёта.
Степной варан (фото Joe McDonald).
Разумеется, биологов всегда интересовало, как птицы получили такое дыхание — досталось ли оно им в наследство от предков или же это позднейшее приобретение, понадобившееся для полётов. В 2010 году Коллин Фармер (Colleen Farmer) и её коллеги из Ютского университета (США) обнаружили нечто подобное у аллигаторов и других крокодилов. То есть, возможно, эта способность была и у более древних рептилий. Однако лёгкие крокодилов отчасти напоминают лёгкие птиц, так что наличие у них «постоянного» дыхания в каком-то смысле можно было предугадать.
Но вот в своей новой статье, появившейся в Nature, исследователи сообщают, что двойным дыханием пользуются также степные вараны. Это не было бы такой уж новостью, если бы не один факт: лёгкие варанов приспособлены к самому обычному перемежающемуся дыханию. Но это лишь на первый взгляд: с помощью компьютерной томографии удалось выяснить, что лёгкие варанов состоят из большой камеры, от которой отходят более мелкие и вытянутые полости, расположенные параллельно друг другу. Число таких камер может достигать 11, а соединены они особыми отверстиями, которые пропускают воздух только в одну сторону.
Движение воздуха по камерам-ответвлениям в лёгких варана (иллюстрация авторов работы).
Наполнив лёгкие водой со специальными частицами, за перемещениями которых можно было наблюдать, биологи увидели, что жидкость в большой камере перемещается туда и обратно, а в малых вытянутых движется действительно только в одном направлении. Результаты подтвердились, когда к нескольким живым рептилиям вживили специальные датчики, отслеживавшие поток воздуха в лёгких.
Благодаря такой системе камер с однонаправленным током воздуха в лёгких варанов поглощение кислорода может осуществляться без перерыва на выдох — хотя в данном случае это достигается с помощью иной анатомической уловки, нежели у птиц. То, что двойное дыхание нашли у варанов, указывает на древность этого феномена: таким дыханием могли пользоваться ещё предки современных змей и ящериц, не говоря уже о птицах. Возможно, птицы действительно унаследовали принцип двойного дыхания от предков-рептилий; впрочем, нельзя исключать и того, что этот «скилл» мог появляться независимо у разных групп животных.
В дальнейшем авторы работы собираются пристальнее исследовать другие группы пресмыкающихся в надежде обнаружить признаки двойного дыхания или хотя бы того, что оно было у них в прошлом. Тот факт, что у обычных ящериц, к примеру, ничего такого до сих пор не находили, учёных не смущает: по их словам, этот феномен вообще трудно заметить, если специально на нём не сосредотачиваться, и случай с варанами хороший тому пример.
Что же до того, зачем древним рептилиям понадобилось такое дыхание, то авторы работы объясняют это следующим образом. В те времена кислорода на Земле было не так уж много (в раннем триасе — 12% воздуха, а сейчас — 21%). И чтобы нормально двигаться, охотиться и т. д., древним рептилиям нужно было как-то усовершенствовать способ добычи кислорода. Что они и сделали. И вообще, возможно, знаменитый расцвет рептилий на Земле начался благодаря именно такому способу дыхания...
