Чому у краба блакитна кров

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

Чому кров червона

У крові плаває безліч різноманітних білків і клітин, але червоним кольором вона повинна лише одній молекулі — гемоглобіну.

Якщо про когось кажуть, що в нього блакитна кров, то всі розуміють, що це метафора: блакитна кров означає знатне, аристократичне походження. Але який би ти був аристократ, справжня кров у тебе все одно червона. Така ж червона вона у собак, коней, китів та слонів, у горобців та жаб, у змій та акул — загалом, майже у всіх тварин. Однак ми не дарма сказали «майже». У природі є істоти, у яких кров у буквальному значенні блакитна - це мечехвости, імператорські скорпіони, звичайні мухоловки та багато інших членистоногих; ще блакитна кров тече в судинах деяких восьминогів, кальмарів та равликів. А ще є ящірки під назвою зеленокровні сцинки – у них, як можна здогадатися, зелена кров. А в антарктичних морях плавають білокровні риби - у них кров безбарвна або трохи жовтувата. Щоб розібратися в цих блакитних, зелених та інших кольорах крові, добре б спочатку зрозуміти, чому в нас вона червона.

Структура гемоглобіну. Гемоглобін складається з чотирьох субодиниць: двох альфа- (забарвлені червоним) і двох бета-глобінів (забарвлені синім). Кожен глобін тримає по одному гему із атомом заліза (геми пофарбовані зеленим). Коли з гемоглобіном зв'язується перша молекула кисню, структура всього білка злегка змінюється, так що вільним гемам, що залишилися, стає простіше зв'язувати кисень. Рисунок: Richard Wheeler/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0.

Одні з володарів блакитної крові мечохвости - дуже давні морські членистоногі. Вони майже не змінювалися останні 445 млн років, а один із чотирьох нині живих видів, як вважається, майже ідентичний мечехвостам, що повзали морським днем ​​близько 230 млн років тому. Сучасні мечехвости виростають до 60 см, харчуючись різними донними хребетними та виповзаючи для розмноження на піщані береги. Фото: ru.depositphotos.com/iviktor2013.

Шипувата білокровка із сімейства Channichthyidae, або Білокровкових, — одна з риб із безбарвною кров'ю. Мешкає біля берегів Антарктиди на глибині від 4 до 600 метрів. Фото: Marrabbio2/Wikimedia Commons3.

Багатощетинкових черв'яків, або поліхет, налічують понад 10 тисяч видів, і лише три з них, що належать до роду Magelona, ​​обзавелися гемеритрином як газотранспортний білок і пурпурову кров'ю. На фото: поліхет Magelona johnstoni. Фото: Hans Hillewaert / Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.

У крові плаває безліч різноманітних білків і клітин, але червоним кольором вона повинна лише одній молекулі — гемоглобіну. Ми з вами пам'ятаємо, що гемоглобін є складним білком, який міститься в червоних кров'яних клітинах, або еритроцитах, і що він потрібен для дихання. Коли кров приходить у легені, гемоглобін зв'язує кисень і забирає його до інших органів: кисень потрібен для біохімічних реакцій, які забезпечують клітину енергією. У ході цих реакцій утворюється вуглекислий газ, який частково пов'язує гемоглобін, що звільнився від кисню; більша частина СО₂ просто розчиняється в крові і в такому вигляді йде до легень.

Гемоглобін - дуже великий білок, зібраний з чотирьох менших білків: двох альфа-глобінів і двох бета-глобінів. Кожен із глобинів тримає по одному гему.Гем – складна органічна молекула з атомом заліза. Саме залізо в гемі ​​пов'язує кисень та вуглекислий газ. Оскільки гемів в одному гемоглобіні чотири штуки, за один раз гемоглобін може перенести чотири молекули кисню.

Саме залізо і дає крові червоний колір: гемоглобін поглинає світлові хвилі синього та зеленого діапазону, відбиваючи червоні, – їх ми й бачимо. Відтінок кольору змінюється в залежності від того, наскільки кров насичена киснем, тобто як багато гемів несе з собою₂. Відповідь на питання, чому так виходить, потрібно шукати в особливостях взаємодії атомів, що утворюють гем. Молекула гема тому й складна, що атом заліза має бути в такому оточенні, щоб він не лише легко приєднував кисень, а й легко віддавав. Коли кисень з'єднується із залізом, властивості цього комплексу змінюються так, що ми бачимо яскраво-червоний колір; коли ж кисень йде, гемоглобін починає поглинати більше «червоних» хвиль, стаючи нам темнішим. Тому венозна кров, бідна киснем, темніша за артеріальну.

Гемоглобін - не єдиний білок, який можна використовувати для транспортування кисню; таку ж роботу виконують білки гемоціаніни, гемеритрини та еритрокруорини з хлорокруоринами. Дуже багато членистоногих і молюсків користуються гемоціанінами, які просто плавають у них в крові (спеціальних кров'яних клітин для газообміну, подібних до наших еритроцитів, у них немає). Гемоціаніни несуть у гемах не залізо, а мідь — вона зв'язує кисень і вона надає крові синій чи блакитний колір. Кільчасті черв'яки та деякі членистоногі використовують для перенесення білки еритрокруорини - вони багато в чому схожі на гемоглобіни, в їх гемах сидить залізо, і кров виходить червоною.Але серед кільчастих черв'яків є чотири сімейства поліхет, або багатощетинкові черв'яки, що живуть на морському дні. У їхній крові кисень переносять білки хлорокруорини, до складу яких теж входить залізо, і кров у цих поліхет червона, але якщо її розбавити, вона зеленіє. (Звідси й назва білків: «хлоро» у перекладі з грецької означає зелений.) Система хімічних зв'язків у молекулі хлорокруорінів така, що вони відбивають як червоне, а й частково зелене світло.

Нарешті, є морські тварини, які називаються сипункулідами і приапулідами, — у їхній крові плавають гемеритрини. Назва вводить в оману - ніякого гему в них немає, а два атоми заліза, які зв'язують кисень, прикріплені прямо до молекули білка. Гемеритрини надають крові фіолетового кольору. Така ж фіолетова гемеритринова кров є у деяких плечіногих (ще одна самостійна група морських тварин) і у черв'яків роду Magelona з поліхет, що вже згадувалися.

А що ж зеленокровні сцинки – у них також зелені білки? А ось і ні: кисень у них переносить звичайний червоний гемоглобін. Просто в крові у цих ящірок багато зеленого пігменту білівердину. Білівердин - результат утилізації гемоглобінового гему: як і всякий білок, гемоглобін рано чи пізно виходить з ладу і руйнується ферментами печінки, кісткового мозку та селезінки. Білівердін перетворюється на червоно-оранжевий білірубін; і той і інший надходять у жовч, надаючи їй зеленувато-жовтий відтінок. Потім білірубін разом із жовчю надходить у кишечник і виводиться з організму. Зелений колір синців на шкірі виходить теж через білівердин, який утворюється в місці удару з гемоглобіну, що руйнується.

Білівердін досить отруйний; якесь його кількість у крові є завжди, але організм намагається якнайшвидше його позбуватися. Виняток - зеленокровні сцинки, що мешкають у Папуа - Новій Гвінеї: білівердину в їхній крові стільки, що червоного гемоглобіну вже не видно; людина з такою кількістю білівердину в крові давно була б мертвою. Ймовірно, за допомогою отруйного пігменту сцинки захищаються від паразитів та хижаків.

А ось у крові білокровних риб немає ні гемоглобіну, ні якихось інших газотранспортних білків. Ці риби живуть в екстремально холодній воді температурою від -1,8 ° С до 2 ° С, а чим вода холодніше, тим більше в ній розчинено кисню. Вважається, що весь необхідний рибам кисень надходить із води через зябра та шкіру прямо в кров; ймовірно, щоб кров краще насичувалась₂, білокровні риби позбулися луски. Їхні кровоносні судини ширші, об'єм крові більший, сама кров не така в'язка, як у інших риб такого ж розміру, а серце в кілька разів потужніше. Все разом дозволяє постачати органи необхідною кількістю кисню.

У комах кров називають гемолімфою, і вона у них безбарвна або жовтувато-безбарвна. (Строго кажучи, гемолімфою називають кров взагалі всіх членистоногих та ще деяких інших тварин.) Тут справа трохи в іншому, а саме в тому, що комах кров взагалі не потрібна для дихання. Їхня дихальна система - це безліч розгалужених трахей, що пронизують все тіло. Трахеї відкриваються назовні отворами-дихальцями; кисень надходить безпосередньо до внутрішніх органів, а вуглекислий газ по тих же трахеях йде назовні.З такою вентиляцією гемолімфу позбавлена ​​газотранспортної функції, але в іншому вона займається тим же, що і звичайна кров: переносить поживні речовини, відводить від органів і тканин метаболічне сміття, виконує імунну функцію і так далі. При цьому кровоносні судини у комах не замкнуті, гемолімфа виходить із них у порожнину тіла. Тиск гемолімфи використовується для деяких рухів, наприклад, щоб розправити крила або розгорнути хоботок.

Що ж до аристократичної блакитної крові, то вважається, що цей вираз виник у середньовічній Іспанії, за часів арабського завоювання. Завойовники були смаглявими, а на темній шкірі погано видно вени — на відміну від світлої шкіри, під якою вени виглядають блакитними лініями. Чим світліша шкіра, тим краще видно вени. Іспанський аристократ, бажаючи показати, що його рід ніколи не поєднувався з прибульцями з Північної Африки, демонстрував білі руки з «блакитною кров'ю» — ознаку справжньої знатності. І так само, до речі, можна було відрізнити людину низького походження, яка працює в полі, покриваючись брудом і засмагою, від людини високого походження, яка не обтяжує себе фізичною роботою на відкритому повітрі.

Крім кисню (Про₂) та вуглекислого газу (СО₂), гемоглобін зв'язує чадний газ (СО), причому чадний газ з'єднується з гемоглобіновим гемом у 250 разів сильніше, ніж кисень. Коли у повітрі з'являється чадний газ, гемоглобін вистачає насамперед його і вже не відпускає. Чим більше чадного газу, тим менше молекул гемоглобіну, здатних переносити кисень; залишається тільки чекати, коли зіпсований гемоглобін зруйнується і в крові з'являться нові еритроцити з новим гемоглобіном.Великі концентрації чадного газу швидко викликають втрату свідомості та смерть; він тим більше небезпечний, що він не має ні кольору, ні запаху, і тому виявити його присутність без спеціальних приладів неможливо.

Ще один газ, який переносить гемоглобін, – монооксид азоту NO. Він пов'язується не з гемом, а безпосередньо з білками глобінами. NO - важливий фізіологічний регулятор: він служить сигналом при спілкуванні клітин один з одним, розслаблює стінки кровоносних судин, бере участь в імунних реакціях і виконує ряд функцій.

Навіщо людям блакитна кров?

Коли мова заходить про блакитну кров, то перше, про що треба згадати – це кров підковоподібного краба мечехвоста. Ця блакитна рідина широко використовується в медицині починаючи з 1970-х років, оскільки допомагає боротися з різними хворобами і є важливим елементом у тестуванні безпеки вакцин та нових ліків. Літр крові підковоподібного краба коштує 15 000 доларів, що робить її одним із найдорожчих ресурсів у світі. Однак навіть незважаючи на позамежну вартість, полювання на мечохвостів поставило цей дивовижний вид на межу зникнення. Синій колір крові обумовлений наявністю в ній міді, проте це не найцікавіша її особливість.

Блакитна кров цих дивних крабів рятує сотні та тисячі життів

Найдавніші тварини на Землі

Мечехвости - найдавніший вид на нашій планеті, за що й отримав звання "живої копалини": у тій чи іншій формі ці підковоподібні краби, які мешкають біля східних берегів Північної Америки та Азії, існують не менше 450 мільйонів років. Мечехвости є ракоподібними, але належать до загону членистоногих і більше пов'язані зі скорпіонами, ніж із крабами.Але як же кров цих тварин стала настільки цінним ресурсом?

Якщо мечехвосту загрожує небезпека, його кров перетворюється на желе. Саме ця її властивість допомагає рятувати життя. Причому все набагато серйозніше, ніж може здатися – вся сучасна система перевірки медичних препаратів зав'язана на крові мечехвостів. Життя тисяч людей у ​​прямому значенні цього слова перебувають у їхніх руках.

Патологоанатом Фредерік Бернс хотів зрозуміти, як працює імунна система цієї тварини. Щоб вивчити властивості крові мечохвостів, він провів серію експериментів, наприклад, ввів бактерії з морської води в кров мечохвоста, щоб подивитися, як тварина на це відреагує. Виявилося, що після того, як у кров мечехвоста потрапила вода, заражена бактеріями, кров перетворилася на желейну масу. Те саме сталося після того, як учений ввів мечехвосту у кров воду з бактеріями, яку перед цим кип'ятили 5-10 хвилин. В результаті патологоанатом дійшов висновку, що це загусання крові – природний механізм, призначений для захисту решти тіла підковоподібного краба від стороннього патогену.

Тепер зрозуміло, ким надихався Ріддлі Скотт, створюючи «Чужого»

Щоб завжди залишатися в курсі останніх наукових відкриттів, підписуйтесь на наш канал новин в Telegram

Фредерік Бернс встановив, що за високу ефективність імунної системи мечехвості відповідає спеціальний згортаючий агент, який використовується для приготування суміші під назвою Limulus amebocyte lysate або LAL. До появи LAL у вчених не було простого способу дізнатися, чи вакцина або медичний інструмент заражена бактеріями, наприклад кишковою паличкою або сальмонелою. Щороку медична промисловість виловлює близько 600 тисяч підковоподібних крабів.

Як видобувають кров мечохвостів

Будучи дуже давніми істотами, мечехвости здатні без шкоди собі «віддавати» певну кількість крові. У лабораторії навчені співробітники встромляють під панцир членистоногого порожнисту, циліндричну паличку, яка викачує кров, поки морська тварина це дозволяє. Виглядає все це так:

Так проходить збирання крові мечохвостів

У цілому нині мечехвости дренують 30% своєї крові, проте до 30% крабів не доживають остаточно цього процесу. Вижили тварин дослідники повертають у воду, проте ніхто до ладу не знає чи одужують вони. У 2016 році Міжнародна спілка охорони природи США назвала підковоподібного краба вразливим виглядом – тобто на один щабель нижче за зникнення. Якщо ситуація не зміниться, їх населення США продовжить скорочуватися на цілих 30% протягом наступних 40 років.

Останні отримані дані, як пише Business Insider, говорять про те, що багато мечохвости не виживають. Після забору крові від 10 до 25% тварин помруть протягом перших двох днів. Через процедуру краби стають слабкими та дезорієнтовані у просторі на деякий час. Зазначається, що у самок можуть виникнути проблеми з нерестом. Тим часом завдяки блакитній крові мечехвостів мільйони пацієнтів можуть без побоювання приймати ліки щодня.

Ще більше новин зі світу науки та високих технологій шукайте на нашому каналі в Яндекс.Дзен. З недавніх пір Hi-News.ru входить до списку соціально значущих ресурсів за версією "Мінкомзв'язку". Це означає, що ви можете читати наші статті навіть за негативного балансу.

Враховуючи загрозу зникнення цих приголомшливих тварин, вчені намагаються знайти синтетичну альтернативу, яка допоможе знизити навантаження на популяцію підковоподібних крабів.

Навіщо медикам блакитна кров мечохвостів?

Сучасні мечехвости, або підковоподібні краби, анітрохи не відрізняються від своїх предків, які жили понад 300 мільйонів років тому.

Якщо бути точним, то блакитна через високий вміст у ній міді кров мечехвостів - це гемолімфа, щось середньо між кров'ю і лімфою. , на медичній техніці та імплантах.

Зазвичай фармакологічні компанії викачують приблизно третину крові мечехвостів. Потім «донорів» повертають у їхнє природне середовище проживання. не знає, як точно Забір крові впливає на подальше життя мечехвостів. Згідно з недавніми оцінками, близько 30% «донорів» гинуть після процедури, а у самок крабів знижується ймовірність спарювання. третина.

Проте ситуація посилюється тим, що аналогів гемолімфі мечехвостів немає.

Це стаття з нашого облікового запису в «Інстаграмі», в якому ми щодня публікуємо щось цікаве про незвіданий світ довкола.