Почему кровь осьминогов синего цвета

Дыхательный пигмент на основе меди

Цвет крови любого животного зависит от белка, который переносит кислород от органов дыхания к тканям. У человека и других позвоночных эту задачу решает гемоглобин. В центре молекулы гемоглобина находится атом железа. Соединяясь с кислородом, железо дает насыщенный красный оттенок.

Головоногие моллюски пошли по другому эволюционному пути. Вместо железа их организм использует медь в составе молекулы гемоцианина. Сам по себе этот белок крупнее гемоглобина. Когда кровь осьминога проходит через жабры, атомы меди вступают в химическую связь с кислородом. Степень окисления меди меняется, отчего жидкость моментально приобретает синий или васильковый цвет.

После того как кровь отдала кислород внутренним органам и мышцам, синева пропадает. Венозная кровь головоногих почти прозрачная, со слабым желтоватым отливом. Синей она становится только в насыщенном кислородом состоянии.

Почему эволюция выбрала медь для морских глубин

На первый взгляд железо выгоднее меди. Молекула гемоглобина человека связывает четыре молекулы кислорода, а одна единица гемоцианина транспортирует меньше кислорода на единицу собственной массы. На суше или в теплой пресной воде гемоглобин выигрывает по эффективности. В океане правила меняются.

Осьминоги сформировались как группа в холодных морских водах с низким содержанием кислорода и высоким давлением. В таких условиях гемоцианин работает надежнее гемоглобина. Вот причины такого выбора:

• Гемоцианин сохраняет способность присоединять и отдавать кислород при температурах около нуля градусов Цельсия, где гемоглобин теряет подвижность.
• Белок стабильно функционирует при высоком давлении на глубинах в несколько сотен и тысяч метров.
• Медь помогает транспортировать газы в кислой среде, возникающей при накоплении растворенного углекислого газа на дне океана.
• Растворенный в морской воде кислород захватывается медью даже при экстремально низких концентрациях.

Яркий пример такой адаптации исследователи обнаружили у антарктического осьминога Pareledone charcoti. Этот моллюск живет в воде с температурой до минус двух градусов Цельсия. Концентрация гемоцианина в его организме примерно на 40 процентов выше, чем у сородичей из умеренных широт. Кровь антарктического вида густая и темно-синяя, что защищает животное от кислородного голодания среди льдов.

Три сердца для густой голубой крови

У человека эритроциты упаковывают гемоглобин внутрь клеток, поэтому кровь остается достаточно жидкой и легко бежит по капиллярам. У осьминогов гемоцианин свободно плавает прямо в жидкой части крови, гемолимфе. Из-за гигантского размера белковых молекул кровь моллюска получается плотной, вязкой и тяжелой для перекачивания.

Обычное одиночное сердце с такой нагрузкой не справилось бы. Организм осьминога решил эту задачу созданием сложной кровеносной системы с тремя независимыми насосами.

1. Главное системное сердце проталкивает окисленную синюю кровь по всему телу к внутренним органам, щупальцам и головному мозгу.
2. Два вспомогательных жаберных сердца забирают обесцвеченную венозную кровь и под высоким давлением проталкивают ее через мелкие сосуды жабр для нового обогащения кислородом.

Такая система требует огромных энергозатрат. Когда осьминог плывет за счет реактивной тяги, главное сердце временно замирает. Мышцы пережимают сосуды, поэтому моллюск не выдерживает долгих погонь. Он предпочитает устраивать короткие засады, маскируясь под камни и водоросли.

История открытия гемоцианина

Необычный состав крови моллюсков описал бельгийский физиолог Леон Фредерик в 1878 году. Работая на биологической станции в Роскофе на побережье Франции, он исследовал обыкновенного осьминога Octopus vulgaris. Фредерик заметил, что при прохождении через жабры бесцветная жидкость мгновенно синеет. Ученый выделил дыхательный белок, доказал присутствие в нем меди и дал ему название гемоцианин, соединив греческие слова haima (кровь) и cyanos (лазурный).