Текст книги "Я познаю мир. Тайны человека"

Автор книги: Б. Сергеев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 17 страниц)

Мучительная жажда

Во время работы в клетках человеческого организма как источник энергии сжигаются углеводы и жиры. При их полном сгорании образуются два продукта: углекислый газ и вода. Углекислый газ вреден для организма, поэтому он сразу же выводится из него, а вода, наоборот, используется на его нужды. Из 1 грамма углеводов образуется 0,56 грамма воды, а из жиров – 1,07 грамма. В теле взрослого человека в сутки синтезируется 300 граммов воды.

Для человека это пустяк, а для некоторых животных такой способ получения воды является единственным. Дрофы–красотки, жаворонки, песчанки, волнистые попугайчики, некоторые мыши и другие грызуны могут подолгу обходиться без воды или вообще никогда не пьют. Они питаются высохшими стеблями травы и семенами растений, которые практически влаги не содержат. Вся необходимая им вода образуется при окислении жиров и углеводов, содержащихся в пище.

Наиболее ценное сырье для производства воды – жиры. Их удобнее запасать. Способностью накапливать большие количества жира обладают все обитатели сухих степей и пустынь: змеи и ящерицы, антилопы, жирафы, зебры, львы, страусы... Они откладывают жир в специально предназначенные для этого места, а не под кожу, как принято у северян. Иначе животные гибли бы от перегревания, ведь жир плохо проводит тепло. У верблюдов склады в горбах. Горб у них не для красоты и не для того, чтобы удобнее было ездить на них верхом. Горб болтается на спине, а вся остальная поверхность тела свободна от жира, и верблюду нежарко.

Часто под склад используется хвост. У тушканчиков и песчанок жир откладывается у основания хвоста. Очень большие запасы жира в хвосте гигантских ящериц – варанов. Еще больше его у курдючных овец. У них по обе стороны хвоста есть по большому выросту – курдюку. Запасы жира велики: у верблюда его может быть 110–120 килограммов, а в бараньих курдюках – 10–11.

Если животное попадает в условия, когда воды взять неоткуда, срочно начинается ее производство из запасенного жира. Верблюд может прожить без воды 45 дней, причем первые 15 он будет нормально «работать» и съедать обычную порцию абсолютно сухого сена – при окислении жира образуется большое количество энергии, которая дает возможность животному обходиться без пищи. Кстати, многих жителей пустыни в неволе, в клетках зоопарка жажда мучает гораздо сильнее, чем в их родных песках. Дело в том, что здесь у них резко сокращено производство воды. На родине им каждый день приходилось выходить на охоту, рыться в песке, искать дичь или съедобные растения. Для этого необходимо извлекать из пищевых веществ заключенную в них энергию и заодно получать порцию воды. В неволе энергия почти не расходуется, а поэтому не вырабатывается и вода.

Зубастый кусачка

Пищу, которую мы отправляем в желудок, необходимо предварительно обработать. Без этого она не только не сможет перевариться в пищеварительных органах, но некоторые куски просто не пролезут нам в глотку.

Как известно, зубы у большинства живых существ расположены в полости рта и предназначены для откусывания, удерживания и разжевывания пищи, они же – своеобразные орудия обороны и нападения. Зубы образованы костным веществом и являются самыми твердыми костями организма.

По форме зубы животных могут сильно отличаться друг от друга. Наиболее простую коническую форму имеют зубы большинства рыб, амфибий и пресмыкающихся и отличаются друг от друга лишь своими размерами. У млекопитающих строение зубов сложнее. У них во рту может находиться четыре вида зубов: резцы, клыки, прекоренные и коренные, их иногда называют малыми и большими коренными зубами. Резцы располагаются в самой середине зубной дуги, сразу за ними справа и слева находятся клыки, затем прекоренные и, наконец, в глубине рта – коренные зубы. Различие в форме зубов связано с существенной разницей в выполняемой ими работе.

Зубы млекопитающих, в том числе человека, состоят из трех частей: коронки, шейки и корня. Коронка – это та часть зуба, что выступает над поверхностью десны. Корни зубов погружены в костные лунки челюстей.

Шейка – суженная часть зуба – находится между корнем и коронкой. К ее поверхности прочно прирастает десна.

Зуб образован из трех видов костного вещества: эмали, дентина и цемента. Снаружи коронка зуба человека и млекопитающих животных покрыта слоем зубной эмали. Это самое твердое вещество зуба. Особенно толстым слоем эмали покрыты зубы хищных животных, которым приходится разгрызать кости своих жертв. Основная часть зуба состоит из дентина. Это менее твердая его часть. Цемент – твердое вещество, покрывающее зубы в области шейки. С помощью цемента корни зубов крепятся в костных лунках.

Внутри зуба имеется полость, заполненная зубной мякотью, или пульпой. Она продолжается до кончика зубного корня и заканчивается отверстием. Через него в зуб входят кровеносные сосуды и нервы. Вот’почему заболевание зубов и лечебные процедуры стоматологов часто сопровождаются острой болью.

У маленьких детей, у детенышей животных сначала вырастают временные зубы. Их называют молочными, так как раньше думали, что они образуются из того молочка, которым мамы кормят своих детей. В пять–шесть лет временные зубы начинают у детей выпадать, а на их месте вырастают постоянные. У мальчишек смена зубов может затянуться до четырнадцати лет. К счастью для девочек – ведь им так обидна быть похожими на беззубых старушек – эта неприятная процедура обычно заканчивается быстрее.

Зубы мудрости

Зубами мудрости называют третьи большие коренные зубы. Их всего четыре, по одному с каждой стороны обеих челюстей. Свое название они получили за то, что прорезываются не в детском возрасте, а у взрослых людей в 18–25 лет. Зубы мудрости – самые непостоянные человеческие зубы. Нередко из четырех зубов развиваются только два, причем оба, как правило, находятся на верхней челюсти и гораздо реже на нижней. Довольно часто зубы мудрости не вырастают совсем, но это не освобождает людей с неполным набором зубов от необходимости быть мудрыми.

Форма зубов мудрости очень изменчива. У зубов верхней челюсти бывает и 2, и 3 корня или всего один, сросшийся из двух обычных корней. Корни нижних зубов мудрости тоже частенько срастаются. Не думайте, что эти зубы, название которых заставляет относиться к ним с уважением, обладают какими–то особыми выдающимися качествами или бывают крупнее других. Напротив, зубы мудрости меньше соседних с ними больших коренных зубов, причем верхние коренные зубы крупнее нижних. Так как прорезывание зубов мудрости происходит в то время, когда рост и формирование челюстных костей уже завершено, оно нередко сопровождается воспалением десен или даже воспалением костной ткани.

Болтун

Язык человека, мышечный орган полости рта, без которого зубы не справились бы со своей основной работой по пережевыванию нищи, имеет и другие обязанности. Во время пережевывания язык способствует перемещению пищи от одной группы зубов к другой, растиранию пищевых масс и перемешиванию их со слюной. Затем, когда пища окажется хорошо пережеванной, язык вместе с мышцами мягкого нёба и гортани обеспечивает формирование пищевого комка и его проглатывание. В этот момент язык поднимается кверху и прижимается к мягкому нёбу, изолируя полость рта от носовой полости, что позволяет животным и человеку во время еды дышать, а также является одним из способов предохранения дыхательных органов от попадания туда частичек пищи.

Язык необходим и для сосания. Он начинает принимать участие в пищеварительном процессе задолго до появления зубов, являясь важным органом, обеспечивающим процесс питания новорожденных детей, для которых главной пищей в этот период служит материнское молоко.

Язык снабжен большим количеством рецепторов – чувствительных нервных клеток. Благодаря им мы замечаем присутствие в пище твердых неразжеванных или вообще несъедобных частичек. Поэтому, когда мы едим без большой спешки, то не проглатываем ничего такого, что могло бы повредить стенки пищевода, желудка или кишечника. Этот контроль за качеством проглатываемой пищи предохраняет органы пищеварения от возможных ран и других повреждений.

Пищу приходится проверять не только на наличие в ней твердых частичек, но и анализировать ее химический состав. Эту функцию также выполняет язык. У человека именно на нем сосредоточена основная масса вкусовых сосочков, контролирующих вкус пищи.

Язык человека выполняет еще одну важную для нас функцию – он принимает участие в формировании звуков речи, обеспечивая ее четкую артикуляцию и формируя тембр.

Настоящий язык бывает только у позвоночных животных. Он впервые появился у рыб, как видоизмененная складка внутренней оболочки рта. У них язык прикреплен к костям и жабрам, не имеет собственных мышц и вообще с ними непосредственно не связан. Он двигается благодаря движению жабр. Тонкий язык птиц тоже не имеет собственных мышц и приводится в движение мышцами, лежащими за пределами языка.

Слюнки

Зубы вряд ли бы справились со своей основной работой по пережевыванию пищи, если бы им не помогали другие органы ротовой полости, например слюнные железы, вырабатывающие слюни. У человека 6 больших слюнных желез по три с каждой стороны рта – околоушные, подчелюстные и подъязычные и масса крохотных малых желёз. Слюна предназначена для смачивания и размягчения пищи. Без этого было бы невозможно сформировать из нее пищевой комок, а затем проглотить его. Если хотите убедиться, насколько необходима нам слюна, проделайте несложный эксперимент. Возьмите чистое полотенце и тщательно досуха протрите язык и полость своего рта, а затем попробуйте разжевать и проглотить сухарик, галету или нежирное печенье вроде крекера и убедитесь, что это невозможно.

Человеческая слюна на 99,5% состоит из поды. Остальные пол процента – входящие в слюну органические, в том числе белковые, и_: минеральные вещества. Такой состав имеет слюна, выделяющаяся из протоков слюнных желёз. В ротовой полости в нее добавляются бактерии и спирохеты, микроскопические грибки, слущивающиеся клетки стенок ротовой полости и лейкоциты – белые кровяные тельца.

Слюна у человека выделяется непрерывно, а не только во время еды, но во время сна медленнее, чем днем. Постоянное выделение слюны – важное свойство. Сухой рот не позволил бы нам говорить. Язык там двигался бы с трудом. Всего за сутки у человека выделяется около 2 литров слюны. Некоторым животным, подолгу пережевывающим пищу, ее требуется гораздо больше. Овцы выделяют в сутки до 4, а коровы до 18 ведер слюны! Откуда ее столько берется? Слюна, выделившаяся в ротовую полость, проглатывается вместе с пищей. Попав в кишечник, она быстро всасывается в кровь, и эта жидкость многократно используется при синтезе все новых и новых порций слюны.

Кроме помощи в пережевывании и проглатывании пищи у слюны человека много других обязанностей. Она очищает зубы и стенки полости рта от остатков пищи и от бактерий и обеспечивает поступление в зубную эмаль необходимых для ее укрепления веществ: кальция и фосфора. Кроме того, слюна содержит пищеварительный фермент амилазу, с помощью которой уже во рту начинается процесс переваривания сахаров, крахмала и других углеводов.

У животных слюна находит и другое применение. У ряда насекомых, в том числе у тараканов, пустынной саранчи, а также у пауков, слюнные железы вырабатывают все ферменты, необходимые им для переваривания пищи, а у некоторых хищных улиток – серную кислоту, с помощью которой они размягчают раковины других моллюсков и, проделав в них дырки, съедают владельцев. У насекомых–кровопийц, у комаров, слепней, знаменитой мухи цеце, а также у пиявок, клещей и летучих мышей–вампиров слюна содержит вещества, препятствующие свертыванию выпитой ими крови. Не будь их, кровь в пищеварительном тракте этих существ свернулась бы, закупорив его, и они погибли бы от голода.

У некоторых птиц слюна содержит клейкие вещества, что–то вроде самозатвердевающей пластмассы. При строительстве гнезд птицы с их помощью склеивают былинки, веточки, пух. А один вид стрижей, живущих в Азии, строит свои гнезда из одной слюны. Эти так называемые ласточкины гнезда съедобны и используются для приготовления супов. На Востоке они считаются изысканным деликатесом.

Слюнные железы многих змей синтезируют яды. У гусениц некоторых насекомых слюнные железы преобразовались в прядильные и вырабатывают шелковые нити, из которых они строят свои коконы. Слюнные железы молодых рабочих пчел выделяют богатое белками вещество, получившее название маточного молочка, так как им кормят личинку будущей пчелиной матки, пока она не превратится в пчелу и взрослую матку, когда она откладывает яички. Личинок трутней и рабочих пчел кормят питательным маточным молочком только три первых дня их жизни.

Волшебные стенки

Еще первобытные люди знали, что пища, попавшая в желудок человека и животных, переваривается. Разделывая туши убитых животных, они, конечно, заглядывали и в желудок. Ведь и теперь редкая хозяйка устоит от соблазна узнать, что съела на обед щука и нет ли в курином желудке среди камешков и песка чего–нибудь особенно интересного. Однако о том, как протекает процесс пищеварения, ученые выяснили относительно недавно. Оказалось, что съеденная пища переваривается не под действием тепла: в желудке даже самых горячих теплокровных животных температура не поднимается выше 38–43°С. Этого явно недостаточно. Переваривание в желудке и кишечнике происходит под действием пищеварительных соков, в которых содержатся особые вещества – ферменты.

Желудочно–кишечный тракт человека и животных – сложная химическая .лаборатория. Поступающая сюда пища измельчается, смешивается с различными пищеварительными соками и постепенно продвигается из одного отдела в другой. В каждом отделе пищевые массы задерживаются ровно столько, сколько необходимо для их обработки, в каждом отделе на них изливаются новые соки, содержащие новые ферменты. По мере переваривания, то есть разложения сложных химических веществ на простые: белков – на аминокислоты, жиров – на жирные кислоты и глицерин, углеводов – на простые сахара, происходит их всасывание. То, что не может быть переварено и использовано организмом, выбрасывается.

Огромный вклад в изучение физиологии главных пищеварительных желёз внес великий русский физиолог И.П. Павлов. Он сумел разработать целую серию остроумных операций, позволивших, не нарушая пищеварительных процессов, заглянуть внутрь пищеварительных органов и увидеть, что там происходит. За осуществление этих исследований Павлов первым из ученых нашей страны был удостоен Нобелевской премии.

Однако, несмотря на то, что процессы, происходящие в пищеварительных органах были хорошо изучены, повторить процесс переваривания пищи в пробирке, вливая туда последовательно нужные пищеварительные соки, как это происходит у живых организмов, никому не удалось. Пища, конечно, переваривалась и в пробирке, но только очень–очень медленно, намного медленнее, чем в желудочно–кишечном тракте.

Разгадать загадку, почему пища плохо переваривается вне пищеварительного тракта, удалось ленинградскому ученому А.М. Уголеву в созданном еще Павловым институте.

Что же мешает пище быстро перевариваться в пробирке? Новые исследования выявили удивительную вещь: пища, которая касается стенок кишечника, переваривается значительно быстрее, чем внутри пищевой массы. Нечто подобное происходит, когда готовят пищу на сковородке: то, что непосредственно касается ее дна и стенок, поджаривается гораздо быстрее. Здесь все понятно, ведь стенки сковородки значительно горячее; чем остальная пища, но почему стенка кишечника ускоряет переваривание, она же совсем не горячая?

Первым делом нужно было. выяснить, действительно ли именно стенка кишечника ускоряет переваривание. Чтобы убедиться в этом, проделали следующий несложный опыт. В одну из двух пробирок, содержащих, одинаковое количество смеси крахмала и фермента амилазы, расщепляющего крахмал, добавили кусочек кишки. Здесь расщепление крахмала шло значительно быстрее. Значит, действительно стенка кишки ускоряет переваривание пищи. Как же это происходит?

Проделали новый опыт. В пробирку с раствором крахмала на некоторое время положили кусочек кишки. Предполагали, что если в кишке содержатся какие–то вещества, ускоряющие переваривание, они выделятся в пробирку. Подержав кусочек кишки в растворе крахмала достаточно долго, его извлекли и в пробирку добавили порцию фермента амилазы. Пищеварение шло по–прежнему медленно.

Таким образом, оказалось, что переваривать пищу помогают не какие–то дополнительные вещества, выделяемые стенкой кишки, а само устройство кишечной стенки. Ее внутренняя поверхность густо покрыта ворсинками. Они невелики, до 1 миллиметра в длину, но зато их очень много. На одном квадратном миллиметре стенки кишечника их бывает от 12 до 40. Мало того, оболочку ворсинок образуют особые клетки, каждая из которых, подумать страшно, несет на своей поверхности, обращенной в просвет кишки, до 300 невидимых глазом микроворсинок. Если стенки всех ворсинок и микроворсинок тщательно распрямить и измерить площадь стенки кишечника, где происходит окончательный акт пищеварения и доследующее всасывание пищевых веществ в кровь, можно не поверить своим глазам. Она будет равна примерно 1300 квадратным метрам! Сравните эту цифру с площадью вашего школьного класса или с площадью вашей квартиры.

На этой огромной поверхности оседает и удерживается большое количество пищеварительных ферментов. Они воздействуют на пищу, как терки, разрушая большие молекулы пищевых веществ, но, в отличие от зубчиков терки, которые со временем тупятся, ферменты от работы не портятся, никак не изменяются, не покидают кишечную стенку и многократно используются для переваривания все новых порций пищевых веществ.

Пищевые массы, продвигающиеся по кишечнику, как о зубы терки, трутся об осевшие на стенках кишки ферменты и с их помощью быстро перевариваются. Вот почему даже их малые количества могут вызвать заметное увеличение скорости химических реакций. Тогда как молекулы ферментов, находящихся внутри кишечника, продвигаются вместе с остальной пищевой массой и вместе с ее остатками выводятся из организма.

Таким образом, пища переваривается в два этапа. На первом этапе это происходит внутри пищевой массы, движущейся по желудочно–кишечному тракту. Здесь под влиянием ферментов пищевые комки распадаются на более мелкие и мельчайшие. Основная же тяжесть по перевариванию пищи падает на второй этап, на пристеночное пищеварение. Это выгодно для организма, так как готовые к всасыванию в кровь вещества оказываются именно там, где и происходит всасывание: у самой кишечной стенки, что сильно ускоряет всасывание.

Чем питается корова?

Как известно, в состав растений в большом количестве входит клетчатка. Из нее построены все клеточные оболочки. Чтобы использовать клетчатку как питательное вещество и добраться до еще более ценных веществ, заключенных внутри клеток, необходим фермент, способный их переваривать. Как ни странно, пищеварительные железы коровы такого фермента не вырабатывают. Нет его даже у жуков–короедов и всевозможных древоточцев, которые едят только древесину, то есть сплошную клетчатку. Животные, приспособившиеся к грубой растительной пище, перерабатывают ее не сами, а прибегают к помощи огромного количества микроорганизмов, микробов и инфузорий, поселившихся в их желудочно–кишечном тракте.

Лучше всего деятельность такой микробной колонии изучена у коров. Помещается она в особом отделе желудка, называемом рубцом. В одном кубическом сантиметре содержимого рубца живет 15–20 миллиардов микроорганизмов. Они–то и питаются травой, которая поступает в желудок коровы. Поедая ее почти целиком, микроорганизмы прекрасно себя чувствуют на дармовых кормах и неудержимо размножаются. Клетчатка травы идет на создание крахмало– и гликогеноподобных веществ тел микробов, а растительные белки превращаются в микробный белок.

Дальнейшая судьба размножившихся микроорганизмов однозначна: они очень легко перевариваются в следующих отделах желудка и кишечника коровы, а многие вещества, созданные ими, например глюкоза, без дальнейшей переработки всасываются в кровь. Микроорганизмы и являются главным источником основных пищевых веществ. Поэтому корову правильнее считать не травоядной, а микробоядной.

Естественно, напрашивается вопрос: раз мы кормим не саму корову, а живущих у нее в рубце микробов, раз мы всего–навсего поставляем сырье на микробную фабрику, нельзя ли естественные корма заменить искусственными? Вопрос отнюдь не праздный.

В обычных кормах, которые скармливаются скоту, содержится маловато белков. Чтобы корова получала необходимую белковую норму, ей нужно давать сена на одну треть больше, чем требуется клетчатки. В этом случае из поедаемого корма используется весь белок, а треть содержащейся в нем клетчатки остается неиспользованной.

Ученые уже давно ведут поиски заменителей белка. В качестве такого вещества оказалось возможным использовать мочевину и близкие к ней вещества. Использование такой пищевой добавки не является чем–то неожиданным. Мочевина постоянно образуется в организме при переработке белков, но ни человек, ни хищные животные ее использовать не могут: у них нет помощников–микробов. На это способны только жвачные, культивирующие у себя в желудке маленьких «поварят».

Жвачные животные относятся к мочевине бережно. Животные пустынь, обитающие в условиях очень суровой и скудной природы, постоянно сталкиваясь с острым недостатком воды и пищи, научились утилизировать продукты белкового обмена. У верблюда, когда он голодает, мочевина почти не выделяется почками. Она остается в организме и поступает в желудок, на микробную фабрику, где из нее синтезируется белок.

Наверное, немногие знают, что коровий желудок состоит из четырех отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга. Это, конечно, не случайно. Когда корова пасется, вся сорванная ею трава, практически не пережёванная, отправляется в самый большой отдел желудка – в рубец, являющийся бродильным чаном. Здесь пища, смешанная со слюной и обработанная ферментами, сбраживается благодаря стараниям маленьких «поварят».

Набив рубец до отказа, корова или целое коровье стадо, ищет укромное местечко в тени. Здесь, обычно лежа, коровы отрыгивают порции содержимого рубца, тщательно их пережёвывают и отправляют обратно. Постепенно жидкая кашица из рубца переходит в следующие отделы желудка – сетку и книжку, где продолжается переваривание клетчатки, и только попав в последний отдел желудка – сычуг, пища подвергается обработке обычными ферментами.

Для переваривания пищи жвачным животным требуется огромное количество слюны. В результате содержимое рубца взрорлой коровы может весить до 100 килограммов. Из них 2 килограмма весят живущие там маленькие «поварята».

«Поварята» помогают переваривать растительную пищу и другим животным, в том числе бегемотам. Эти гиганты прекрасно чувствуют себя в Африке даже там, где саванны зеленеют лишь короткий срок, один–полтора месяца. В остальное время они поедают жесткую, как проволока, пересохшую траву. На это способен только сложно устроенный желудок бегемота. Он состоит из трех больших и одиннадцати маленьких камер–отделов, где непережеванная пища с помощью микроорганизмов подвергается полному перевариванию. Вот почему взрослому гиганту требуется совсем немного корма – всего 40 килограммов пересохших стеблей грубой травы.

Это помогло во время войны и блокады Ленинградскому зоопарку, несмотря на страшный голод, сохранить свою старенькую бегемотиху Красавицу. Ее кормили распаренными опилками. Если имеешь 14 желудков, можно, оказывается, питаться даже дровами!