Наши легкие "сохранили" атмосферу древней земли (2 фото)

Древняя атмосфера Земли наполовину состояла из СО2. С появлением фотосинтезирующих бактерий, СО2 стал усваиваться ими и накапливаться в геологических отложениях, а его концентрация в атмосфере постепенно снижалась. В период выхода позвоночных из воды на сушу и возникновения легких, концентрация СО2 достигала 4% и оставалась таковой еще сотни миллионов лет до появления более современных растений, способных связывать теперь уже дефицитный газ при его концентрации даже ниже 0,1%. В тоже время для дышащих кислородом наземных животных столь резкое снижение казалось бы ненужного СО2 обернулось неприятным сюрпризом.

Действительно, для нашего организма СО2 является отходом. Однако, выделяемый клетками, в крови СО2 необходим для высвобождения молекул кислорода из комплекса с гемоглобином. С этим связан парадокс, когда на фоне физического покоя высокая частота дыхания снижает количество СО2 в крови до такой степени, что гемоглобин перестает отдавать кислород, провоцируя обморок из-за гипоксии мозга. При всей противоречивости, у данного механизма газообмена есть смысл: гемоглобин высвобождает кислород только в тех тканях, которые больше выделяют СО2, а стало быть метаболически активны и требуют много кислорода.

Таким образом, резкое снижение СО2 в атмосфере древней земли должно было уменьшить его концентрацию и в крови ее обитателей, что чревато гипоксией тканей. По одной из версий это могло стать причиной вымирания динозавров, останки которых часто обнаруживаются в позах характерных для погибших от гипоксии. Но как в таком случае этот кризис пережили наши предки - первые млекопитающие?

За один цикл вдох-выдох в наших легких заменяется лишь 15-20% воздуха. И даже после максимального выдоха в легких все еще остается 30% от их общей емкости. Не участвующий в циркуляции остаточный объем легких обусловлен наличием мертвого пространства дыхательной системы - это пространства дыхательных путей и не участвующих в дыхании альвеол. Как раз благодаря большому объему мертвого пространства остаточный объем медленнее разбавляется свежими порциями вдыхаемого воздуха и потому успевает насыщаться выделяемым организмом СО2. В итоге его концентрация в мертвом пространстве легких достигает 4%, что в 100 раз выше концентрации этого газа в современной атмосфере Земли, но точно совпадает с таковой концентрацией в атмосфере древней.

Таким образом, мертвое пространство можно считать своего рода резервуаром, в котором природа воссоздала состав древней атмосферы. Это позволило сохранить в крови концентрацию СО2, достаточную для обеспечения тканей кислородом.

Это не единственный пример сохранения в нашем организме состава внешней среды. Так, например, наши почки сохраняют "внутреннее море", поддерживая электролитный состав крови, сходный с таковым составом морской воды.