Лёгкие секреты крокодильей грации

Ученые раскрыли секрет грациозности аллигаторов в воде. Эти потрясающие хищники, пережившие динозавров, лишены плавников или плоского хвоста, однако в скорости и маневренности под водой не уступают куда более приспособленным пловцам – рыбам.

До сих пор скрытый от взора биологов механизм оказался даже более совершенным, чем руль глубины рыб – плавательный пузырь, способный изменять свой объём, а соответственно, и выталкивающую силу.

Американские аллигаторы способны передвигать по своему нутру собственные легкие.

С помощью диафрагмальных, тазовых и межреберных мышц они могут перемещать их к хвосту, когда нужно нырнуть, к голове при подъеме к поверхности или вбок – при кручении.

По мнению одного из авторов работы, биолога Ти Джей Уриона из Университета американского штата Юта, такой необычный способ управления заплывом очень помогает аллигаторам в охоте: «Мышцы, смещающие легкие, а следовательно – центр тяжести, позволяют аллигаторам маневрировать в воде, практически не создавая волн, – это лучший способ подкрасться к добыче».

Его руководитель Си Джей Фармер выбрала в качестве испытуемого Alligator mississippiensis, но считает, что такими способностями могут обладать и другие рептилии, амфибии и даже млекопитающие – остальные крокодилы, африканские шпорцевые лягушки, саламандры, черепахи и ламантины.

По мнению Фармер, предки аллигаторов, жившие в триасовом периоде более 250 миллионов лет назад, были не больше кошки и передвигались исключительно по земле. И если раньше считалось, что диафрагма возникла для обеспечения бесперебойного дыхания при беге, то сейчас есть все основания полагать, что это случилось во время мелового периода, 145 миллионов назад, при освоении аллигаторами водных пространств. Примерно тем же временем датируется появление современной формы черепа, большого хвоста и коротких лапок рептилии.

Свои эксперименты учёные из Юты проводили на пяти двухлетних американских аллигаторах, длина которых не превышала полуметра. Оно и понятно – у взрослых особей, конечно, мышцы побольше, но и сами они достигают четырех с половиной метров, что не облегчило бы задачу по установке электродов на их тело. После закрепления электродов, способных регистрировать возбуждение, распространяющееся по мышце и предшествующее сокращению последней, подопытных помещали в 350-литровые баки, где они могли резвиться.

Из 5 выбранных групп мышц, 4 участвовали в погружении и всплытии.

Диафрагма, а точнее, диафрагмальная мышца, тоже участвующая в дыхании, как и у млекопитающих, но идущая параллельно поверхности живота и окружающая желудок и кишечник. При вдохе диафрагма сокращается и оттягивает печень к хвосту, а за счёт того, что печень прикреплена к легким, последние расширяются или даже смещаются, как это и происходит при нырянии.

Седалищно-лобковые. В отличие от человека, у которого кости таза сращены, у аллигаторов они соединяются мышцами, и за счет сокращения последних увеличивается объем брюшной полости – живот выпячивается, вызывая расширение легких.

Прямая мышца живота и внутренние межреберные, дошедшие практически без изменений и до млекопитающих и обеспечивающие обратный процесс – сокращаясь, они сокращают объем живота и увеличивают объем легких.

Резкую активацию мышц можно было бы объяснить перестройками дыхания при нырянии, если бы не вторая часть эксперимента.

Биологи прикрепили к носу животного груз небольшой массы – всего лишь 2,5% процента от массы тела, облегчив тем самым погружение. При этом они зарегистрировали существенно меньшую активацию мышц, смещающих легкие при погружении, и большую – работающих на всплытие. Этот феномен наблюдался и при закреплении тяжести на хвосте рептилии. Дыхание же в этом случае ничем не отличалось от того, что наблюдалось в первом эксперименте.

Аллигатор оказался способен точно регулировать и настраивать свои рули глубины. Отчасти это и делает его не просто грациозным, но и весьма опасным хищником, от которого в год по официальной статистике в США гибнет 2-3 человека, что лишь немногим меньше количества человеческих жертв акул по всей планете.

Второй вывод ученых с точки зрения эволюции куда более важен, хотя и не настолько доказан, как сам механизм ныряния.

Урион и Фармер полагают, что диафрагмальная мышца изначально возникла из прямой мышцы живота не для дыхания, а именно для маневров в воде, и только потом стала использоваться родственниками аллигаторов для обеспечения газообмена. Такой путь эволюции требует только возникновения отдельной иннервации для дыхательной составляющей работы мышцы.

Впрочем, у этой гипотезы есть одна очень серьёзная проблема. Считается, что рептилии, давшие начало млекопитающим (зверозубые ящеры), отделились от котилозавров, общих предков зверей и рептилий, задолго до появления аллигаторов, и тем более – погружения их в воду. Так что гипотеза Урион и Фармер скорее имеет отношение только к эволюции диафрагмальной мышцы у рептилий, но не у класса млекопитающих. Возможно, аллигаторы приспособили выделившуюся ещё у котилозавров диафрагмальную мышцу под свои цели, тогда как «чисто» наземные позвоночные – под свои.

Работа американских учёных опубликована в последнем выпуске Journal of Experimental Biology.