Этот обыкновенный загадочный дельфин

Уж не знаю, так ли на самом деле рассуждают дельфины или нет (скорее всего, конечно, нет), но если бы это было так — согласитесь, свой резон в таких рассуждениях есть. Выходит, что, помимо всего прочего, дельфины еще невольно преподносят нам урок непредвзятого отношения к серьезным научным проблемам, и прежде всего к проблеме эволюции животного мира и нашего, людей, места в этом мире. Те принципы, по которым построен организм человека, кажутся нам венцом творения природы, а на деле оказывается, что это лишь один из множества разнообразных путей, по которым может идти совершенствование живых существ. Конечно, серьезными учеными давно уже легализована точка зрения, что человек является центром Вселенной (такой взгляд на вещи называют антропоцентризмом), но все-таки подспудный червячок превосходства над остальным миром нередко шевелится где-то в глубине нашей души. А дельфины еще раз напоминают нам, насколько многообразна природа и как широки ее возможности.

Глава семнадцатая Дышите глубже!

В спертом воздухе при всем старании не отдышишься.

Козьма Прутков

Сколько времени может человек обходиться без воздуха? Совсем немного. Достаточно задержать дыхание на несколько десятков секунд, и мы уже чувствуем крайне неприятные признаки надвигающегося удушья, грудная клетка как будто разрывается от непреодолимого желания сделать вдох. Правда, опытные пловцы-ныряльщики могут нырнуть, задержав дыхание на несколько минут. Но это может сделать только хорошо тренированный человек, и после того, как он вынырнет, ему потребуется немалое время, чтобы отдышаться, восполнить возникший в организме недостаток кислорода. Да и для здоровья человека такие упражнения далеко не безвредны. В обычных же условиях мы дышим непрерывно: вдох — выдох, один за другим каждые несколько секунд.

Но дельфину такой способ дыхания не подходит. Если бы он тоже должен был дышать непрерывно, то оказался бы привязанным к поверхности воды, а в глубину мог бы нырнуть лишь совсем ненадолго. Но, ныряя лишь на короткое время, не мог бы дельфин ни пищей себя как следует обеспечить, ни от опасности укрыться — и то и другое требует немалых сил и времени, требует, чтобы под водой он передвигался совершенно спокойно в любом направлении. И в самом деле, эти животные могут нырять под воду на весьма значительное время. Сделав вдох, дельфин уходит под воду, по крайней мере, на несколько минут, и все это время он может активно двигаться, охотиться, то есть тратить немало энергии, а для получения энергии нужно расходовать кислород, который он может добыть только из воздуха. Потом, лишь на мгновение поднявшись к поверхности воды, дельфин сделает быстрый выдох и новый вдох (на то и другое вместе ему нужно лишь около секунды) и снова уйдет под воду еще на несколько минут, и так раз за разом в течение долгого времени. А при необходимости он может плавать под водой 10–15 минут. Более крупные китообразные — большие киты могут находиться под водой до часа, ныряя за это время на громадные глубины.

Понятно, что животному, живущему в воде, полезно уметь нырять глубоко и надолго; это ему просто необходимо, иначе не выжить. Но не совсем понятно, как это удается дельфину. Ведь законы природы неумолимы: кислород нужен любому, а такому большому и подвижному животному, как дельфин или кит, его требуется немало. Получать же кислород из воды дельфин не может. Откуда же они берут необходимое количество кислорода для своих длительных подводных прогулок? В чем главный секрет дельфиньего дыхания?

По-моему, самым интересным во всем этом деле оказалось, что никакого особого, главного секрета в дельфиньем дыхании нет. Задача обеспечения кислородом на время долгого ныряния и активного подводного плавания настолько сложна, что решить ее каким-то одним хитрым способом оказалось, видимо, невозможно. Дельфину приходится пользоваться целым рядом ухищрений, собирая и экономя каждый глоток драгоценного кислорода на каждом этапе его потребления; но в сумме результат получается замечательный. Однако разберемся во всем по порядку.

Во-первых, дельфин может извлекать из воздуха значительно больше кислорода, чем наземные животные. В нормальном атмосферном воздухе, которым мы дышим, содержится около 21 % кислорода, а в воздухе, выдыхаемом из наших легких, — еще целых 16 %. Это даже побольше, чем в душной комнате. Такой воздух вполне еще можно повторно использовать для дыхания, чем, кстати, и пользуются врачи и спасатели, когда делают искусственное дыхание способом «рот в рот». Выходит, что при дыхании мы используем не больше четверти кислорода, содержащегося в воздухе. К этому надо добавить, что и объем своих легких мы используем, как правило, далеко не полностью: хотя этот объем составляет несколько литров, но при спокойном дыхании в легких обменивается при каждом вдохе лишь около половины литра воздуха.

Для наземных животных и человека нет большой беды в столь неполном использовании своих дыхательных ресурсов. Но для дельфина такая роскошь совершенно недопустима. Поэтому, во-первых, вентиляция легких (смена воздуха в них) у него очень глубокая: резкий, энергичный выдох и вслед за этим такой же энергичный вдох обменивают почти 90 % содержащегося в легких воздуха.

Следующий этап дельфиньей «дыхательной программы» — максимальное извлечение кислорода из того воздуха, который оказался в легких. И тут на помощь животному приходит сама ситуация ныряния. Когда дельфин уходит на глубину, давление находящейся над ним воды сжимает его тело: на глубине 10 метров под водой давление вдвое превышает атмосферное давление на поверхности, на глубине 20 метров — втрое, на глубине 30 метров — вчетверо… В некоторых экспериментах дельфины-афалины регулярно ныряли на глубину 300 метров, а более крупные дельфины — гринды — на все 500. Там давление соответственно почти в 30 или 50 раз выше того, в котором мы существуем на суше. Наружное давление стискивает грудную клетку дельфина, сжимает находящийся в его легких воздух, и давление воздуха в них возрастает во много раз — до той же величины, что и наружное давление. Кстати, это обстоятельство потребовало особого устройства грудной клетки дельфина. Ведь если грудную клетку, например, человека, сжать так, чтобы ее внутренний объем уменьшился в десятки (!) раз, то все ребра будут переломаны, легочная ткань и окружающие ткани порваны, и гибель неизбежна. А для дельфина это совершенно нормально, когда под действием внешнего давления объем заполненных воздухом легких сжимается до размеров небольшого мячика, заполненного сильно сжатым воздухом. А когда газ сжат, находится под значительным давлением, то сильно увеличивается его растворимость в жидкости, в том числе в крови: чем больше давление, тем выше растворимость газов. Это касается, естественно, и кислорода воздуха. Кислород буквально выжимается из легких в кровь — сначала в ее жидкую основу, в плазму, а там он уже захватывается красными кровяными клетками — эритроцитами — и разносится по всему организму. И выжимание кислорода из легких в кровь продолжается не секунду, не две, а все то время, пока дельфин плавает под водой. Все это время кислород постепенно поступает в кровь; таково устройство легких дельфина. Результат работы этого природного пресса для выжимания кислорода таков, что из воздуха, попавшего в легкие, дельфин извлекает кислород почти полностью, по крайней мере процентов на 80. Уже одно это дает животному громадное преимущество перед человеком-ныряльщиком. А в некоторых экспериментах получался результат и совсем поразительный: после того как дельфин активно поплавал и поработал, выполняя задания, в выдыхаемом воздухе обнаружили лишь 2 % от обычного содержания кислорода. То есть практически весь кислород был полностью высосан из воздуха, находившегося в легких.

Кстати, а как узнали, сколько кислорода извлекает дельфин из воздуха и сколько его еще остается? Очень просто. Дельфина обучили, чтобы после выполнения определенного задания — нырка, подводного проплыва или какой-то подводной работы — он не сразу всплывал к поверхности воды для выдоха и вдоха, а сначала подплывал под опущенную в воду перевернутую воронку и под ней выдыхал воздух, а уж потом всплывал к поверхности воды для нового вдоха. Весь выдохнутый воздух оказывался «пойманным» воронкой, откуда уже не составляло труда забрать его по тонкому шлангу в прибор для анализа химического состава. Дальнейшее уже было делом простой техники: прибор-анализатор определял содержание в выдохнутом воздухе разных газов — азота, кислорода, углекислого газа — и точно показывал, сколько кислорода было израсходовано и сколько осталось.

Но и полное извлечение кислорода из воздуха — это еще не все. Значительное количество кислорода может быть припрятано впрок во всем теле дельфина. Известно, что кислород, попавший в кровь, связывается и переносится во все уголки тела с помощью специального вещества, содержащегося в красных кровяных клетках, — гемоглобина; именно он и придает крови красный цвет. Когда кровь омывает легкие, гемоглобин легко вступает в химическое соединение с кислородом. В таком виде — вместе с кислородом — гемоглобин внутри красных кровяных клеток разносится током крови по всем тканям тела, а там кислород легко отсоединяется от гемоглобина и поступает из крови во все другие ткани. Но ведь гемоглобин, присоединивший кислород, — это не только переносчик кислорода, это еще и немалый его резерв. Если дельфин задержался под водой, то кислород, находившийся в легких, может быть уже полностью израсходован и не поступает из легких в кровь, но, связанный с гемоглобином, он еще продолжает и продолжает понемножку проникать из красных кровяных клеток в страдающие кислородным голодом ткани организма, подпитывая их. Ясно, что этот кислородный резерв — очень важное подспорье для ныряющего животного. И чем больше запасено связанного с гемоглобином кислорода, тем лучше.

Природа позаботилась и о том, чтобы этот кислородный резерв у дельфина тоже был побольше. Мало того, что содержание гемоглобина в крови у этих животных очень высоко (а значит, велико и количество соединившегося с гемоглобином кислорода), вещество, подобное гемоглобину, в большом количестве находится у дельфина еще и в мышцах. По аналогии с гемоглобином (приставка «гемо» означает «кровяной») это вещество называют миоглобином («мио» означает «мышечный»). Миоглобин действует точно так же, как гемоглобин: легко вступает в соединение с кислородом, связывая его, но так же легко и освобождает кислород, позволяя ему проникать обратно в кровь. Пока кровь дельфина богата кислородом, миоглобин связывает кислород, запасает его, создавая резерв. Как только концентрация кислорода в крови снижается, миоглобин начинает постепенно отдавать кислород, резерв расходуется. Этот дополнительный резерв драгоценного кислорода оказывается для дельфина очень ценным подспорьем при длительном нырянии.

Пoлно извлекать кислород из воздуха, создавать в организме его запасы — все это необходимо для ныряющего животного, но еще недостаточно. Все равно при долгом пребывании под водой кислород — на вес золота. Поэтому не менее важно не только как следует запастись кислородом, но и экономно, рационально его использовать. В этом дельфины тоже большие мастера. Их кровеносная система заботится о том, чтобы при нырянии должным образом распределить поток крови. А распределить его следует так, чтобы в первую очередь обеспечить кислородом самые важные и наиболее ранимые при кислородном голодании органы — мозг и сердце: ведь если они пострадают от удушья, тогда — беда. Потому и снабжаются они кровью наиболее обильно. Следующими в очереди на обеспечение кислородом идут активно работающие мышцы: именно они гарантируют движение дельфина под водой, и на это — никуда не денешься — приходится тратить много энергии, а для получения энергии нужен кислород. И уж совсем в хвосте этой очереди оказываются многие внутренние органы — желудок, кишечник и все остальное: ведь заняться, к примеру, перевариванием пищи можно и в более благоприятной обстановке, когда нет кислородного дефицита.