«Эй, моряк, ты слишком долго плавал»: об анатомии ихтиандров

Ихтиандр – индейский мальчик, болевший неизлечимой слабостью лёгких, которому великий аргентинский хирург Сальватор пересадил жабры молодой акулы. Правда, с тех пор родные лёгкие и новообретённые жабры работали в хитром режиме, отчего Ихтиандру приходилось жить то в море, то на суше. Так представлял себе возможности межвидовой трансплантологии Александр Романович Беляев в романе «Человек-амфибия». Что же может сказать на эту тему анатомия?

Дитя талантливого генного инженера 

Оставим в стороне несовместимость тканей акулы и человека – тут долгие рассуждения без надобности. Допустим, Сальватор на самом деле был генным инженером и вырастил эти жабры из стволовых клеток индейского мальчика. 

Есть проблема интереснее. Площадь альвеол лёгких «усреднённого» человека на выдохе – 40 м², на вдохе – 120 м². На всякий случай, площадь тела среднего мужчины – 1,9 м², крупного – 2,3 м². Обычный вдох составляет примерно 0,5 литра воздуха. Во вдыхаемом воздухе 20,94% O₂, в выдыхаемом – 16,3%, усваивается 4,64% кислорода. То есть в одном вдохе 0,10 литра чистого O₂, из которых мы получаем 0,00464 литра кислорода. 

Растворимость кислорода в морской воде сильно зависит от глубины и температуры. В данный момент температура воды в Буэнос-Айресе +23,4°C. При этой температуре на поверхности моря – до глубины 100 м – растворимость кислорода будет примерно 5 мл в литре воды, на большой глубине – около 10 мл/л. Не будем заставлять беднягу нырять слишком глубоко.

Зачем утрамбовывать жабры 

Таким образом, для нормального дыхания Ихтиандр должен за один «подводный вдох» выкачивать из литра воды весь имеющийся там кислород. Это, конечно, нереально. Примем для простоты, что жабры работают так же эффективно, как лёгкие, то есть берут из воды 4,64% кислорода. Из литра морской воды усваивается 0,000232 л O₂. А надо нам 0,00464 литра. То есть для нормального «подводного вдоха» нужно 20 литров морской воды. Вспоминая, что вдох на суше – 0,5 литра воздуха, догадываемся, что что-то идёт не так. Выходит, площадь жабр должна быть в 40 раз больше площади лёгких (вообще-то, можно посчитать чуть проще: 0,2 мл O₂ в литре воздуха поделить на 0,005 мл O₂ в литре морской воды), то есть примерно 4800 м².

Предположим, хитрый Сальватор умудрился уложить жабры столь же плотными и мелкими альвеолами, как лёгкие (хотя жабры утрамбованы в реальности несравненно проще и пространеее). Тогда при обычной длине лёгкого мужчины в 27 см, длина жаберного мешка должна быть 10,80 м. Пусть Ихтиандр был высок и строен, аж метра два ростом, тогда жабры должны быть в пять раз больше него.

Добавим, что мышечные энергозатраты на движение в солёной воде больше, чем в неплотном воздухе. Конечно, немного жизнь облегчит архимедова сила, но мускулатура-то человеческая, а не рыбья. Форма тела, скелет и мускулатура человека для плавания всё же не приспособлены. Если у обычного человека жизненная ёмкость лёгких примерно 3500 см³, то у пловцов – 4900 см³. Так что на добавочные усилия накидываем ещё пропорцию и получаем длину жаберного мешка минимум 15 метров.

У кого самые эффективные жабры

Если же укладка жабр всё же ближе к акульему варианту (а это так должно быть, иначе не получится с такой скоростью качать плотную воду), то они будут ещё неизмеримо больше. Какое же сердце нужно, чтобы качать кровь по таким жабрам? 

Самые эффективные жабры вовсе не у молодой акулы, а у тунца. У килограммового тунца жабры имеют площадь 1,3-1,85 м². У килограммового ушастого окуня 0,196 м², у плотвы 0,129 м², у других рыб может быть и ещё меньше – до 0,07 м².

Допустим, добрый доктор пересадил Ихтиандру самые лучшие жабры – молодого тунца. Тогда ему пришлось задействовать целый косяк – штук сто рыбин, чтобы догнать размер до необходимого.

Герой с не очень сложными мозгами 

Как ни крути, как ни считай, Ихтиандр оказывается приложением к собственной дыхательной системе. Ведь, не забываем, у него оставались и собственные лёгкие! Или же необходимо снизить потребление кислорода. А как это сделать? Какие органы тратят больше всего энергии? Правильно – мозг и кишечник! Ихтиандра спасёт рыбоядность. 

Маленькие острые зубы, укороченный кишечник, не слишком сложные мозги – много ли надо, чтобы перехитрить селёдку? – и все проблемы решены!

Может, неспроста киты такие огромные и имеют такой относительно маленький мозг? Может, неспроста акулы и даже почти теплокровные тунцы не блещут интеллектом? Может, не зря аквалангисты таскают на спине огромные баллоны?