Как позвоночные научились дышать

Похоже, что ученым удалось определить наследственную черту, которая когда-то в глубокой древности позволила позвоночным использовать для дыхания воздух. Результаты исследования представлены на 42 ежегодном собрании сообщества неврологов.

"Чтобы дышать воздухом через легкие, требуются не только легкие. Нужны еще и нейронные схемы, чувствительные к двуокиси углерода", - сказал Марк Харрис, невролог и ведущий автор исследования механизмов, контролирующих дыхание. "Это нейронные структуры, которые позволяют организмам получать кислород, необходимый для переработки пищи в энергию. Также они помогают изгнать из организма отходы диоксида углерода, образующиеся в результате этого процесса, - сказал он. - Я старался выяснить, откуда происходят эти чувствительные к диоксиду углерода нейронные цепи, называемые генераторами ритма". Харрис и его коллеги считают, что воздух для дыхания, вероятно, стали использовать те позвоночные, которые еще не имели легких, но уже обладали генераторами ритма - множеством нейронных контуров, обеспечивающих смену вдохов выдохами.

"Сейчас мы пытаемся искать доказательства присутствия генераторов ритма у примитивных, не дышащих воздухом, древних животных, таких, как например, минога", - говорит Харрис.

Многие древние рыбы имеют характеристики, сходные с древними позвоночными. Они не имеют легких и не дышат воздухом. Будучи личинками, они живут в норках, вырытых в мягкой грязи, питаются и дышат, прокачивая воду через тело. Когда грязь или мусор забивает полости миноги, они используют нечто вроде кашля, чтобы очистить трубу и изгнать воду. Генераторы ритма в их мозгу контролируют это поведение.

"Как нам кажется, "кашель" миноги напоминает дыхание амфибий, - объясняет Харрис. - Когда мы измерили нервную активность, обычно связанную с дыханием, мы нашли у миног образцы, которые действительно напоминают дыхание. Мы также заметили, что их генераторы ритма чувствительны к двуокиси углерода".

Дыхание позволило позвоночным выйти на сушу, породило рептилий, птиц и млекопитающих. Без чувствительного к диоксиду углерода генератора ритма, структуры, которые потом превратились в легкие, вероятно, не работали бы в этом качестве.