To zwierzę ma aż trzy serca. Po co mu taka „nadwyżka”?

W głębinach pływa stworzenie, które naturze ewidentnie „przeszło miarę”: zamiast jednego serca ma ich aż trzy, każde z własnym zadaniem.

Ten pozornie drobny szczegół anatomiczny całkowicie zmienia sposób, w jaki funkcjonuje jego organizm. Trójdzielny układ krążenia pozwala mu przetrwać tam, gdzie inne gatunki szybko by się poddały.

Zwierzę z trzema sercami – o kim mowa?

Bohaterem tej historii jest ośmiornica, przedstawiciel głowonogów. To ta sama grupa morskich zwierząt, do której należą także kalmary i mątwy. Ośmiornice kojarzymy z inteligencją, sprytem i umiejętnością kamuflażu, ale ich układ krążenia jest równie niezwykły jak ich zachowanie.

Pod skórą, w miękkim ciele bez kości, pracują jednocześnie trzy odrębne serca. Wspólnie utrzymują przy życiu organizm, który żyje w wodzie chłodniejszej, ciemniejszej i często uboższej w tlen niż przybrzeżne strefy znane z wakacyjnych zdjęć.

Trzy serca ośmiornicy działają jak wyspecjalizowany zespół: jedno obsługuje całe ciało, dwa pozostałe skupiają się wyłącznie na oddechu i wymianie gazowej.

Jak działa układ trzech serc u ośmiornicy

W przeciwieństwie do człowieka, który ma jeden mięsień sercowy pompujący krew po całym ciele, ośmiornica dysponuje układem „trzy w jednym”. Każde serce ma przypisaną rolę i własny „rejon obsługi”.

Serce główne – centrum dystrybucji tlenu

Najważniejsze jest serce systemowe, często nazywane głównym. To ono pompuje już natlenioną krew do wszystkich tkanek. Z jego pracy korzystają m.in. silne mięśnie ramion, narządy wewnętrzne czy skóra, która potrafi błyskawicznie zmieniać barwę.

• rozprowadza bogatą w tlen krew po całym organizmie,
• utrzymuje ciśnienie odpowiednie do szybkiego działania mięśni,
• odbiera „wypracowaną” krew z powrotem, gdy tlen zostanie zużyty.

Gdy ośmiornica poluje, ucieka albo wciska się w wąskie szczeliny, właśnie to serce odpowiada za to, by w mięśniach nie zabrakło energii.

Dwa serca skrzelowe – prywatna „stacja tlenowa”

Po bokach znajdują się dwa pozostałe serca, po jednym przy każdych skrzelach. To one zajmują się krwią pozbawioną tlenu, która wraca z ciała.

Ich zadania:

Taki podział pracy sprawia, że obieg „oddechowy” jest oddzielony od głównego. Całość działa szybciej i sprawniej niż przy jednym sercu, co przy niskiej zawartości tlenu w wodzie ma ogromne znaczenie.

Dlaczego ośmiornica w ogóle potrzebuje trzech serc?

Klucz tkwi w połączeniu dwóch czynników: chemii krwi i stylu życia. Krew ośmiornicy działa inaczej niż ludzka, a samo zwierzę nie jest wcale powolnym „galaretkowatym” mieszkańcem dna, tylko bardzo aktywnym drapieżnikiem.

Hemocjanina zamiast hemoglobiny

U człowieka tlen przenosi hemoglobina, białko oparte na żelazie, które nadaje krwi czerwony kolor. U ośmiornic główną rolę pełni hemocyanina – związek zawierający miedź. Stąd ich krew ma niebieskawy odcień.

Hemocyanina gorzej radzi sobie w cieple, za to lepiej wiąże tlen w chłodnych, często ubogich w tlen głębinach. Ma jednak niższą efektywność ogólną niż hemoglobina. Żeby zrekompensować tę „słabszą” chemię, organizm przyspiesza transport krwi – właśnie dzięki dodatkowym sercom.

Życie drapieżnika wymaga ciągłego dopływu tlenu

Ośmiornica to nie stateczna istota przyklejona do skały. Poluje aktywnie, bada otoczenie, potrafi błyskawicznie zmieniać kierunek ruchu. Do tego korzysta z ramion prawie jak z dłoni – podnosi, otwiera, obraca, a każde ramię ma własne skupisko neuronów.

Taka aktywność wymaga stałego dopływu tlenu do mięśni. Układ trzech serc zapewnia:

• szybszą cyrkulację krwi w trakcie intensywnego ruchu,
• lepsze zaopatrzenie mięśni ramion, płaszcza i narządów wewnętrznych,
• możliwość gwałtownego przyspieszenia, np. podczas ucieczki przed drapieżnikiem.

Badania pokazują, że gdy ośmiornica zaczyna energicznie pływać na dłuższy dystans, jedno z serc ogranicza pracę, a organizm szybko się męczy. To jeden z powodów, dla których te zwierzęta wolą raczej krótkie, gwałtowne zrywy niż długotrwały pościg.

Trzy serca jako przewaga ewolucyjna

Tak skomplikowany układ krążenia nie powstałby, gdyby nie dawał realnej przewagi w środowisku. Ośmiornice żyją w bardzo różnych miejscach: od płytkich zatok po głębokie, chłodne rejony oceanów. Warunki mogą tam mocno się zmieniać.

Radzenie sobie z zimną i gęstą wodą

W niższych temperaturach krew staje się gęstsza, a jej przepływ zwalnia. Dodatkowe serca pomagają „przepchnąć” ją przez naczynia pomimo niekorzystnych warunków. Dla organizmu o miękkim ciele, pozbawionym sztywnego szkieletu, odpowiednie ciśnienie krwi ma ogromne znaczenie.

Trzy serca stabilizują obieg także przy zmianach ciśnienia hydrostatycznego. Ośmiornica może schodzić na różne głębokości, a jej układ krążenia musi nadążać za wahaniami obciążenia organizmu.

Szybka reakcja na zagrożenie

W oceanie pełnym drapieżników liczą się sekundy. Ośmiornica potrzebuje błyskawicznej reakcji: wyrzut atramentu, zmiana koloru, gwałtowny skok w bok. Wszystko to wymaga nagłego wzrostu zużycia tlenu.

Dzięki trzem sercom krew w chwilach stresu krąży szybciej, co pozwala mięśniom natychmiast zareagować. Nawet jeśli ten wysiłek szybko męczy zwierzę, może wystarczyć, by schować się w szczelinie lub zakamuflować wśród skał.

Czy inne zwierzęta też mają więcej niż jedno serce?

Ośmiornica nie jest jedynym przykładem nietypowej „konstrukcji” układu krążenia, choć trzy serca w takiej konfiguracji należą do rzadkości. W królestwie zwierząt można znaleźć różne rozwiązania, które na pierwszy rzut oka wydają się równie zaskakujące.

• niektóre dżdżownice mają kilka odcinków naczynia pełniących funkcję „serc pomocniczych”,
• u żgaczy morskich (np. krab podkowiasty) krew także zawiera hemocyaninę, ale układ sercowy wygląda inaczej,
• u ssaków serce jest tylko jedno, za to podzielone na cztery komory, co w praktyce tworzy dwa obiegi krwi.

Organizmy wybierają różne strategie: więcej serc, bardziej złożone serce pojedyncze, inne barwniki tlenowe. Cel jest zawsze podobny – jak najsprawniej dostarczyć tlen tam, gdzie akurat najbardziej go brakuje.

Dlaczego te informacje przydają się także nam?

Choć brzmi to jak ciekawostka z programu przyrodniczego, wiedza o trzech sercach ośmiornicy interesuje również biologów medycznych i inżynierów. Modele krążenia u głowonogów inspirują m.in. projekty miękkich robotów i systemów pomp, które muszą pracować w zmiennych warunkach ciśnienia.

Specjaliści analizują, jak tak niewielki organizm radzi sobie z dynamicznymi zmianami obciążenia, jak steruje przepływem w różnych częściach ciała i jak łączy działanie serc z pracą mięśni. Tego typu rozwiązania mogą w przyszłości pomóc przy projektowaniu bardziej wydajnych sztucznych układów krążenia czy protez.

Dla przeciętnego czytelnika jedna myśl może być szczególnie interesująca: natura rzadko wybiera proste schematy. To, co w szkole poznajemy jako „klasyczny” układ krążenia ssaków, jest tylko jedną z wielu możliwych dróg. Ośmiornica ze swoimi trzema sercami pokazuje, że życie potrafi dostosować się do najbardziej wymagających warunków, sięgając po rozwiązania, na które człowiek sam by nie wpadł.