Текст книги "Занимательная биология"
Автор книги: Игорь Акимушкин
Жанр:
Биология
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 24 страниц)
Пищеварение № 1
Каков же в общих чертах этот механизм?
Пища изо рта попадает сначала в желудок. Там встречают ее соляная кислота и ферменты: пепсин, разлагающий белки, и реннин – специалист по казеину, который переваривается особенно трудно. Желудок, периодически сокращаясь, мнет и встряхивает пищу, превращает ее сначала в пюре, потом в густой суп-химус.
Через час или через четыре часа желудок уже пуст.
Химус весь перетек в тонкую кишку. Это трубка из мышц и слизистых тканей длиной так метров семь (у человека) [58]58
У травоядных животных, пища которых труднее переваривается и медленнее всасывается, тонкие кишки раз в двадцать-тридцать длиннее тела, а у плотоядных хищников – всего лишь в три-пять раз.
[Закрыть] и толщиной в дюйм (два с половиной сантиметра).
Часть тонкой кишки, которой она начинается от желудка, называют двенадцатиперстной (длиной она в 12 положенных поперек перстов – около 25 сантиметров). В нее несут и выливают свои соки поджелудочная железа и желчный пузырь. Да и сама двенадцатиперстная кишка добавляет в химус немало разных ферментов: карбоксипептидазу, аминопептидазу, энтерокиназу, мальтозу, сахарозу, лактозу… Все они, как и ферменты поджелудочной железы (трипсин, липаза, амилаза, рибонуклеаза) и желчь, действуют только в щелочной среде, и поэтому лакмус посинеет, если капнем на него соком тонких кишок.
В тонких кишках пищеварение, начатое еще в слюне и желудке, заканчивается. Все ферменты и желчь [59]59
В желчи пищеварительных ферментов нет, а только желчные соли, которые, дробя жир на капельки, образуют эмульсию. Ферменту липазе капельный жир легче разлагать на глицерин и жирные кислоты.
[Закрыть] сообща превращают белки, жиры и углеводы растертой зубами и желудком пищи в пептиды, аминокислоты, в глюкозу, мальтозу, фруктозу, в глицерин, жирные кислоты и другие вещества, молекулы которых достаточно малы, чтобы пройти через поры кишечных ворсинок в кровь и лимфу.
Это называется всасыванием. Оно начинается и заканчивается в тонких кишках (только спирт и некоторые яды проникают в кровь еще в желудке, а вода – в толстых кишках).
Через восемь примерно часов все, что можно переварить, уже переварено [60]60
Имеется в виду график пищеварения человека. У других позвоночных, особенно у холоднокровных, механика этого дела срабатывает не всегда так резво. У камбалы, например, пищеварение затягивается на 40–60 долгих часов.
[Закрыть] , что можно всосать, тонкие кишки всосали, а непереваримые остатки химуса, покинув их, устремляются в толстые кишки. Там уже никакого пищеварения нет: только вода из химуса впитывается в наше тело.
Через двенадцать часов (или через сутки) толстые кишки, опорожняясь, выбрасывают экскременты. В них очень много бактерий – почти половина того, от чего освобождается кишечник как от ненужного шлака.
У животных и человека по всему пищеварительному тракту, от его начала и до конца, особенно в толстых кишках, миллиардными колониями поселились бактерии. Многие из них никакого вреда не приносят, а некоторые и вовсе полезны.
Они оказывают нам важную услугу: обогащают проглоченную пищу белком и витаминами. За каждым обедом мы перевариваем вместе с пищей бесчисленные легионы «доморощенных» кишечных бактерий, которые размножаются, однако, быстрее, чем мы успеваем их съедать.
Какова численность этих легионов, населяющих наши кишки, с точностью неизвестно. Но подсчитано, что корова, например, съедает ежедневно 34 грамма бактерий, размножающихся в желудке, а это около 3 процентов ее суточного белкового рациона.
Бактерии – его помощники
Все питающиеся деревом жуки-дровосеки и жуки-сверлильщики, моль, поедающая шерсть, и насекомые, сосущие соки растений, и сосущие нашу кровь комары без помощи бактерий просто не могли бы существовать на своей однообразной диете.
Даже в крохотном тельце микроскопической амебы-пеломиксы живут бактерии. Амеба поедает полуразложившиеся остатки растений, «глотает», если предложить ей, кусочки ваты или бумагу. Бактерии сейчас же их окружают и всем «обществом» перерабатывают вату и бумагу в продукты вполне съедобные. Во всяком случае, амебы после этого неплохо их усваивают.
У личинок сверчков, мух, мошек и у многих жуков (майского навозного и жука-оленя) бактерии наполняют слепые выросты кишечника – своего рода «бродильные чаны»: пища в них действительно бродит, как пиво в пивоварне. Бактерии разлагают клетчатку – основное вещество, из которого состоит всякое растение. И то, что в «бродильном чане» после этого остается, всасывает кишечник насекомого.
Но даже и бактериям не без труда, по-видимому, удается расщепить клетчатку: процесс этот очень длительный. Через весь кишечник личинки майского жука пища обычно проходит за три-четыре дня, но, попадая в конце его в «бродильные чаны», задерживается здесь на два месяца. Только за это время бактерии успевают превратить клетчатку в сахар. По-видимому, из-за медленного пищеварения личинка майского жука так долго растет. Проходят годы, прежде чем она совершит свой метаморфоз и в образе бурого хруща теплым майским вечером выберется из-под земли.
Как бактерии-кормильцы попадают в кишечники хозяев, ученые установили, наблюдая за развитием зеленой мухи, пренеприятнейшего существа. У нее обнаружена целая система эстафетной передачи бактерий от поколения к поколению.
Личинки зеленой мухи носят бактерий в шарообразных ответвлениях кишечника. Но перед тем как превратиться в куколку, личинка изгоняет их из обжитых квартир. Часть бактерий попадает в специально приготовленное для них новое помещение (в особый «отсек» слюнной железы) и здесь сохраняется для потомства будущей мухи. Это своего рода семенной фонд. Излишек выбрасывается вон.
Бактерии, которым повезло, быстро размножаются в слюнных отсеках: железы мухи вырабатывают для их пропитания особый бульон. А когда молодая муха выберется из оболочек куколки, бактерии совершают еще одно переселение: поближе к яйцекладу, в бактериальные депо у его основания. Каждое яичко, отложенное мухой, проходя мимо этих депо, заражается бактериями, и поэтому личинкам мухи, хотя едят они пищу, перед которой бессильны их собственные пищеварительные соки, не приходится голодать.
Ежегодно в клиниках всего мира хирурги, спасая заболевших аппендицитом, удаляют около 200 тысяч человеческих аппендиксов. Наша подверженность этому заболеванию доказывает, что человек произошел от предков, которые поедали много всякой зелени. Ведь аппендиксы – червеобразные отростки слепых выростов кишечника (там, где тонкая кишка переходит в толстую), – которые воспаляются, когда в них попадает что-нибудь труднопереваримое, подобны «бродильным чанам» зеленой мухи и майского жука. В них поселяются бактерии, разлагающие клетчатку. Поэтому все растительноядные животные наделены большими аппендиксами. У человека они сохранились как бесполезное атавистическое наследство, и их без вреда можно вырезать.
Но если удалить аппендиксы, скажем, у петуха (у птиц их два, а не один, как у нас), он умрет от голода, сколько бы ни съедал зерен и ягод. Лишь пища мясная, которую он сам, без бактерий, переваривает, может спасти его от голодной смерти.
Вегетарианская диета противопоказана петухам после аппендицитной операции. У хищников – ястребов и орлов – «бродильные чаны» маленькие: они ведь мясом питаются. А у тетеревов, рябчиков, глухарей, которые едят зимой только древесные почки, сосновую хвою и клюкву, такие же длинные, как и весь остальной кишечник.
Семнадцать лет назад биолог Гардер сделал любопытное открытие. И до него еще животноводы замечали странные повадки у некоторых животных: стремление поедать свой помет. Это считалось врожденным пороком. Но, оказывается, дело тут не в дурных привычках, а в физиологии. Когда Гардер отучил от скверной привычки подопытных мышей и морских свинок, они все умерли через две-три недели. Он установил, что в помете этих животных содержатся витаминизированные «пилюли» – цекотрофы. Их приготавливают бактерии в слепых кишках морских свинок, мышей, кроликов, зайцев, белок и многих других грызунов. Без цекотрофов, богатых, кроме витаминов, еще какими-то редкими веществами, животные не могут жить (кролики, правда, не умирают, но растут плохо). Цекотрофы образуются лишь в слепой кишке, а из нее попадают сразу в толстые кишки, и организм животного не успевает их усвоить. Лишь когда цекотрофы съедены, содержащиеся в них необходимые для жизни вещества поступают в кровь и ткани животного.
Пищеварение № 2 и № 3
При всех процессах, о которых только что шла речь, пища «варилась» вне клеток, внутри желудка и кишок. Поэтому и назвали такое пищеварение «полостным внеклеточным», или первым, пищеварением. Еще недавно думали, что первое есть и последнее пищеварение, кроме него другого нет.
Двести лет назад натуралисты Реомюр и Спалланцани положили кусочек мяса в пробирку и залили его желудочным соком. Мяса не стало: оно растворилось. Так, говорят, было открыто пищеварение. Повторяя их опыты, биологи еще в конце прошлого века заметили, что в пробирках, однако, пища переваривается в несколько десятков раз медленнее, чем в живом желудке и кишечнике. Хотя соки и ферменты были и там и тут одни и те же.
Думали сначала, что тут виной несовершенство техники пробирочного пищеварения. Но в наши дни техника шагнула так далеко вперед, что экспериментаторы могут «варить» пищу в лабораториях в таких же почти условиях, как это делает природа. Тут и необходимые ферменты, и перемешивание, и температура – словом, все, что нужно. Но, увы, результаты не те.
Тогда вспомнили про амебу, про лейкоциты и про то, что многие клетки сами умеют переваривать разные вещества и даже разных существ, которых в состоянии «проглотить». Это назвали фагоцитозом, а «охоту» клетки за нужными ей веществами – пиноцитозом.
Я о нем уже говорил: в клетке образуется углубление, оно замыкается в пузырек, или вакуоль. Вакуоль отрывается и уходит внутрь клетки вместе с захваченной в плен жидкостью и растворенными в ней веществами. И там за них принимаются клеточные органеллы лизосомы, растворяют их.
Фагоцитозную и пиноцитозную трапезы клеток назвали внутриклеточным, или вторым, пищеварением. Понятно, что, включившись в общее дело, клетки кишечника, пиноцитируя, значительно ускоряют пищеварение. А в пробирках нет живых клеток, поэтому оно там идет медленнее.
Однако и пиноцитоз всех темных мест пищеварения, всех непонятных его тайн не объясняет. И вот недавно, несколько лет назад, советский физиолог Александр Михайлович Уголев открыл третье пищеварение: пристеночное, или контактное.
Совершается оно на поверхности клеток, выстилающих внутренние стенки тонких кишок. Они сплошь поросли здесь мельчайшими ворсинками – их 200 миллионов на каждом квадратном сантиметре кишки! И в этих ворсиночных джунглях оседают всевозможные ферменты: получается своего рода пористый катализатор, вроде тех, с которым работают химики, и поэтому пищеварение в пристеночной зоне протекает в очень энергичном темпе. Бактериям же вход в зону ворсинок закрыт: они не могут туда пролезть, потому что значительно крупнее промежутков между ворсинками. Значит, третье пищеварение идет в условиях весьма стерильных. А первое не стерильно: бактерии деятельно ему помогают.
Четвертое пищеварение – коллективное
Термиты – самые удивительные создания в этом удивительном мире. Так утверждают некоторые исследователи. Живут термиты под или над землей, но в сооруженных из земли термитниках и галереях, не выносят света, а их нежные тела лишены красок, бледны, как призраки. Люди, не сведущие в зоологии, называют термитов белыми муравьями. Но это не муравьи, а совсем особенные насекомые, хотя и живут они, подобно муравьям, большими семьями, которые организованностью своей и совершенным разделением труда между членами общины напоминают хорошо устроенные государства. Правильнее их было бы назвать белыми тараканами, так как среди насекомых наиболее близкие родственники термитов – тараканы.
Термиты – бич тропических стран. В ненасытных желудках белых муравьев исчезают тонны строительного дерева. Термиты едят древесину, продукт столь же малопитательный, как бумага. (Едят, впрочем, и бумагу!) Как им удается все это переварить?
Ученые, которые занялись исследованием пищеварения термитов, делали поразительные открытия. Оказалось, что в животе у них в особых карманах и ответвлениях кишечника обосновался целый мирок микроорганизмов: тут и инфузории, и жгутиконосцы, и бактерии. Более 200 различных видов простейших животных и растений. Все вместе весят они иногда половину термита! Микроорганизмы и переваривают клетчатку. Превращают ее в сахара, которые усваивает затем организм насекомого. Некоторые ученые считают, что клетчатку разлагают только бактерии, а инфузории и жгутиконосцы – лишь незваные гости в кишечнике термита.
Если накормить термита пенициллином, обитатели его кишечника умрут, а потом погибнет и термит, но не от пенициллина, а от голода.
Переваривая с помощью микросожителей клетчатку, термит насыщается лишь углеводами. А белок (он ему необходим, как и всякому живому существу)? Какими путями получает его термит?
Разными. Во-первых, кишечник термита частично переваривает своих кормильцев – бактерий и инфузорий, рабочий персонал «бродильного чана».
Кроме того, среди многочисленных поселенцев кишечника термита обнаружены и чудо-бактерии, способные приготавливать пищу из воздуха: поглощая газообразный азот, они превращают его в белковые соединения. Третий источник пищевого протеина – кожа, шерсть, помет птиц и зверей, трупы насекомых и мертвые термиты, которых жадно поедают термиты живые.
Но этого мало. Ведь община термитов велика. Чтобы накормить всех, и в первую очередь личинок, молодых братьев и сестер и самку с самцом – родоначальников семьи, термиты разводят грибы.
Взрослые термиты, рабочие и солдаты, грибов не едят, однако продукты грибного меню, полупереваренные другими термитами, снабжают их организм белковой пищей. Ведь все обитатели термитника: и личинки, и рабочие, и солдаты, и самец с самкой – представляют, по сути дела, один… общий кишечник, разделенный лишь в пространстве на отдельные отрезки, заключенные в теле каждого термита. Любой, даже ничтожно малый, кусочек пищи не переваривается полностью в кишечнике одного какого-нибудь термита. Нет! В виде отрыжки, выпота на брюшке и других выделений пища передается, словно эстафета (небывалое дело!), от одного термита к другому и заканчивает все стадии переваривания не раньше, чем побывает в животе у многих термитов. Поэтому в термитнике одним обедом насыщаются попеременно все. Здесь даже не чародей может накормить «семью хлебами» тысячи алчущих ртов.
Продукты, поставляемые грибами, хотя едят их только личинки и царица с царем, достаются в конечном счете всем термитам.
Вот почему ни термиты, ни пчелы, ни муравьи, у которых тоже один «общий» кишечник, совершенно не переносят одиночества. Изолированные от собратьев в одиночном заключении они умирают через несколько часов, в лучшем случае через несколько дней, даже если их хорошо кормить и поить.
Две пчелы в одной банке живут уже дольше, чем каждая в одиночестве. Три еще дольше.
Но лишь когда их приблизительно сорок на каждых 200 кубических сантиметрах жилплощади, живут они почти так же долго, как в улье. Только тогда кусочки «общего» кишечника, «разбросанные» по телам разных пчел, соединенные воедино пищей, переданной изо рта в рот, могут нормально функционировать [61]61
Дело тут, по-видимому, не в одном лишь коллективном пищеварении. Передавая постоянно пищу изо рта в рот, пчелы и другие общественные насекомые не только лучше переваривают и усваивают питательные продукты и витамины, но и распределяют между собой различные гормоны и феромоны, вещества – регуляторы всей жизни улья.
[Закрыть] .
Поэтому и одиночная пчела живет долго, если может, так сказать, подключить свой кишечник к коллективному пищеварению, совершаемому ульем сообща. Доказать это экспериментально нетрудно: достаточно отделить ее тонкой сеточкой от других пчел так, чтобы она могла просовывать свой сосущий хоботок на территорию собратьев. Сейчас же там, на общей территории, найдется много желающих покормить медовой отрыжкой одинокую узницу. Изо рта в рот они передадут ей какие-то нужные для жизни вещества – продукты обобществленного пищеварения. И пчела-узница не умрет.
Пищеварение пятое – наружное
Представьте себе человека, у которого беззубый рот не больше ноздри, а вместо пальцев вязальные спицы (по одной на каждой руке). И этот «человек» должен без ножа съесть бифштекс.
Задача совершенно неразрешимая. Однако пауки каждодневно и уже 300 миллионов лет с честью выходят из подобного положения.
У всех пауков нет зубов или иного органа, которым можно было бы жевать или перетирать пищу. В то же время рот их очень мал – почти микроскопическая щель (даже у самых крупных пауков-птицеедов она не больше квадратного миллиметра). Как же едят пауки? Весьма оригинально: переваривают добычу не в себе, а вне себя, а потом высасывают ее микрортом.
Многие пауки перед трапезой упаковывают жертву в своего рода кокон: оплетают ее паутиной, затем по капле напускают пищеварительные соки из кишечных и ротовых желез в эту шелковистую миску. Соки разжижают и переваривают в ней ткани жертвы, которые паук сосет глоткой-трубочкой, словно коктейль соломинкой.
Пауки, которые имеют дело с жуками, переваривают их в собственных панцирях, как в кастрюлях. По частям, капля за каплей. Вонзив свои хелицеры – серповидные крючья-челюсти – в жука, паук тут же их разжимает и в ранку пускает изо рта, как из шприца, большую каплю. Нет, не яда, а пищеварительных ферментов. Через некоторое время он эту каплю с растворившимися в ней мягкими тканями жука втягивает снова в рот и тут же впрыскивает под жучиную броню новую дозу растворяющих мышцы веществ. Подождав, когда они начнут действовать, снова глоточным насосом затягивает их в себя. И так пока от жука не останется один лишь пустотелый панцирь.
Многие пауки, и наш тарантул в том числе, облегчают работу впрыснутым в жертву ферментам тем, что мнут ее и давят хелицерами. Перемешивают, так сказать, свой бульон.
Скорпионы – кузены пауков, и не удивительно поэтому, что приблизительно так же, как пауки, они переваривают добычу, но не в шелковых мисках и не в хитиновых панцирях, а… у себя во рту. Он у них весьма поместительный, и скорпионы, не внимая правилам приличия, плотно набивают его кусками, вырванными из своих жертв. Но не жуют, а ждут, пока они растворятся в пищеварительных соках, обильно натекающих в рот, и готовый раствор перекачивают глоткой-насосом изо рта в кишечник.
Наружное пищеварение не такая уж, оказывается, редкость. В мире беспозвоночных многие прибегают к его помощи, когда не могут даже по частям проглотить чересчур большую добычу, соизмеримую лишь с непомерными аппетитами, но не величиной маленьких хищников.
Страшные на вид личинки жуков-плавунцов, которых немало в наших прудах, нападают даже на головастиков и мелких карасей, впиваясь в них острыми и кривыми, как ятаганы, челюстями. Головастики и рыбки плавают, таская всюду за собой вцепившегося хищника, который медленно, но непрерывно переваривает их на ходу.
У личинки плавунца даже и рта-то, по сути дела, нет. Вернее, он есть, но прочно заперт на замок сомкнувшимися паз в паз «губами». Личинка не в силах раскрыть его. Ткани жертвы сосет она челюстями: их пронизывают, на манер ядовитых зубов змеи, тонкие канальцы. Но течет по ним не яд, а пищеварительные соки – наружу. Внутрь, в личинку, через эти же канальцы поступает уже переваренный продукт.
Примерно так же расправляются с муравьями, упавшими в ее ловчую яму, и личинка муравьиного льва и личинки мясных мух (но не с муравьями, а с мясом, на котором выведутся из яиц, отложенных мамкой мухой). Некоторые хищные жуки (карабиды) тоже переваривают добычу на лоне, так сказать, природы. И многие низшие черви: немертины и планарии.
И даже одноклеточные инфузории суктории. У них нет ресничек, словно в мех одевающих обычных инфузорий, но зато много сосущих щупалец. Жгутиконосец, или реснитчатая инфузория, прикоснувшись к такому щупальцу, тотчас же словно прилипают к нему. Сама суктория – крошка, простым глазом невидимая. Сосущий хоботок ее и того меньше. Какая же в нем дырочка, что можно сосать через нее густую протоплазму другой живой клеточки, пойманной на хоботок! Предварительно, конечно, разбавив и растворив ее впрыснутыми через ту же дырочку соками.
Как желудком рыбу ловят
У морской звезды пять лучей, пять глаз, пять щупалец, пять печеней, пять жабер, пять больших нервов. Но, увы, один рот и один желудок. А головы нет совсем.
Все животные, у кого есть ноги, бегают на рычагах (если взглянуть на их конечности с точки зрения механики), а морская звезда с места на место переползает на… гидравлическом ходу! Ни у кого в мире нет ничего подобного, а у иглокожих – морских звезд, морских ежей и голотурий – есть.
Крохотные, тонкие, пустотелые и эластичные, словно резиновые, ножки морской звезды сидят на лучах с нижней стороны. Когда она ползет, ножки набухают. Органы-насосы под давлением нагнетают в них воду. Вода растягивает ножки, они тянутся вперед, присасываются к камням. Тогда вода перекачивается в другие ножки, и те ползут дальше. А присосавшиеся ножки сжимаются и подтягивают морскую звезду вперед.
Конечно, на гидравлических ногах морским звездам не угнаться даже за черепахой. Зато амортизация движений у них полная! Десять метров в час – средняя скорость морских звезд. Но добыча, за которой они охотятся, ползает еще медленнее. Одни звезды ил едят, другие – ракушек. Мелких глотают целиком, а больших крепко обнимают лучами. Обняв, тянут створки в разные стороны. Раковинка плотно закрыта, морской звезде не отпереть ее сразу. Но она не спешит – тянет и тянет: и десять минут, и двадцать, и больше. Мускулы ракушки, которые сжимают створки, устают, и перламутровый домишко раскрывается. И тут морская звезда, как вполне последовательный оригинал, совершает еще нечто в высшей степени необыкновенное: она вдруг выворачивает наизнанку свой желудок, высовывает его через рот и запихивает в раковину! Там желудок – не в звезде, а внутри раковины! – и переваривает моллюска. От устрицы, накрытой желудком, как салфеткой, уже через четыре часа остается только пустая раковина.
Морские звезды как-то умудряются набрасывать свой желудок, словно сеть, даже на живых рыб. Рыба плавает и всюду таскает за собой морскую звезду. А та сидит у нее на спине, желудком присосалась и не спеша переваривает еще живую рыбу. Поистине чудеса, которые творит природа, чуднее чудес сказочных!
В это долго не верили, думали морские звезды едят только мертвых рыб: где же догнать им живую рыбу! Но доктор Гаджер [62]62
Доктору Гаджеру наука обязана рядом сенсационных открытий: что меч-рыба действительно нападает на корабли, что рыбы иногда падают с неба, что кашалот однажды проглотил человека и что некоторые животные, по-видимому, ловят рыбу хвостом.
[Закрыть] из Американского музея естественной истории собрал очень веские доказательства, которые убедили скептиков. Теперь никто уже в этом не сомневается. Морская звезда хватает случайно наткнувшуюся на нее рыбу за плавники. Чем хватает? Щипцами на тонких ножках – педициллярами, которыми густо поросла ее спина. Потом луч с рыбой, попавшей в его капканчики, изгибается и подносит добычу ко рту – хвостом вперед. Тогда выскакивает желудок и накрывает ее.
Морские звезды тихие, беззубые, едва ползают. А какие хищники! В море большой от них вред: все львы и тигры на Земле не съедят столько мяса, сколько поедают его морские звезды. И устриц едят, и жемчужниц, и рыб, и крабов. А пользы от звезд – никакой.
