Как птицы могут летать на высоте 8 километров, где мало кислорода

[sound35]

О том, как птицы научились дышать там, где не хватает кислорода

Существует в природе невероятная птица – горный, или индийский гусь (Anser indicus), который способен подниматься на высоту 8500 метров, пролетая над Гималаями и Эверестом – высочайшей горой в мире. Горный гусь – один из самых высотных пернатых на планете. Эта птица размером 70 см и с длиной крыла всего около 50 см преодолевает планку высоты птичьего полета и взмывает в нижние слои стратосферы, где могут летать только современные боевые самолеты и сверхзвуковые коммерческие лайнеры. Об особенностях этой необыкновенной птицы читайте ниже. 

^{Nyambayar Batbayar}

Напомним, что слой стратосферы начинается с 10 тысяч метров и достигает 50 тысяч метров в высоту, а максимальный полет индийских гусей был зафиксирован на высоте 10175 метров. На такой высоте воздух разрежен настолько, что вертолеты там летать уже не могут. Единственные конкуренты горного гуся – это грифы, которые способны подниматься еще выше: зафиксированы случаи, когда гриф на высоте более 12000 метров имел столкновение с самолетом.

Живет перелетный высотный гусь на озерах в горах Памира, Тянь-Шаня, Алтая, Тувы, а на зимовку отправляется в Индию. При перелетах гуси преодолевают высокогорный Гималайский горный хребет и самую высокую гору планеты – Эверест. Альпинисты знают, что на вершинах, где нет жизни, очень разреженный воздух, вызывающий кислородное голодание, а иногда даже смерть. Но как же птице удается совершать там перелеты, ведь она такое же живое существо, как и человек?

Научно-популярный журнал Nautilus объясняет, как в ходе эволюции у птиц появились очень эффективные легкие, которые дают им возможность выжить в сложной среде с разреженным воздухом, где уровень кислорода очень низкий. Горный гусь – обладатель дыхательного органа, который работает так же суперэффективно, как и у всех прочих птиц, таких как страусы или голуби. По сравнению с дыхательной системой птиц легкие млекопитающих и человека – просто примитив!

В отличие от легких человека, который вдыхает и выдыхает через одно ротовое и носовое отверстие, у птиц есть точка входа и точка выхода, а также воздушные мешки и полые пространства в костях. Легкие птиц имеют односторонний поток воздуха. Когда птицы дышат воздухом, то он попадает в задние воздушные мешки и легкие в задней части дыхательного органа, называемого воздушными мешочками, а старый воздух после поступления кислорода в организм выгружается из переднего мешка перед легкими.

Откуда у птиц такие большие и эффективно устроенные легкие? Все просто – они унаследовали их от своих предков – динозавров, поскольку птицы произошли от летающих динозавров – птеродактилей.

Но почему у динозавров были такие легкие?

Nautilus объясняет это цепочкой событий, произошедших на нашей планете около 450 миллионов лет назад. Препятствием, с которым столкнулись растения, когда они впервые вышли на сушу из моря, была гравитация, ведь в морской воде первые растительные организмы находились во взвешенном состоянии.

В первых попытках преодолеть гравитацию растения начали расселяться в виде мхов, которые приникали к поверхностям скал в течение десятков миллионов лет. Со временем растения эволюционировали и получили возможность синтезировать лигнин – вещество, необходимое для приобретения первичными мхами листьев и стеблей, как это происходит в растительном мире сегодня. Лигнин – молекула из углерода и водорода, которая взаимодействует в клетках с молекулами гибкой целлюлозы, в результате создается прочная структура, позволяющая строить стебли и листья растения, как из кирпичей.

^{JNix / Shutterstock}

В те далекие времена растения бурно расплодились, но затем столкнулись с проблемой бактерий и грибов, которые после умирания растений разлагали их, но не были способны разлагать лигнин. Вещество продолжало накапливаться на поверхности земли, и большое количество углерода отлагалось в виде угля. Эти процессы происходили 100 млн лет назад, то время названо каменноугольным периодом. Содержание углекислого газа в атмосфере продолжало снижаться, а уровень кислорода увеличивался до более чем 30%. Такая высокая концентрация кислорода позволила увеличить размеры представителей флоры и фауны. Стрекозы имели метровый размах крыльев, а многоножки в длину достигали двух с половиной метров.

А дальше эволюция придумала способ снизить концентрацию кислорода на планете, поскольку его повышение до 43% грозило гибелью всего живого от воспламенения при случайном ударе молнии. В ходе эволюции появился химический фермент, способный растворять лигнин и расщеплять его до углекислого газа и воды. Это была сухая гниль – грибки, которые принялись окислять запасы лигнина, разлагая растения на земле. В результате концентрация кислорода, которая превышала 30% 300 миллионов лет назад, упала примерно до 12% 250 миллионов лет назад. Именно тогда, говорят ученые, 95% живых существ на Земле погибли.

^{URS SCHWEITZER/IMAGNO/GETTY IMAGES}

Динозавры были животными, рожденными в таких суровых условиях на нашей планете в те времена. Эволюция позаботилась о гигантах, придумав для них сложную систему легких с точкой входа и точкой выхода потока воздуха, с полыми костями и воздушными мешками для временного хранения насыщенного кислородом воздуха.

Динозавры с эффективными легкими смогли жить в ограниченном количестве кислорода. Когда концентрация кислорода выросла до 20%, что произошло за десятки миллионов лет, они к тому времени имели очень большие размеры благодаря легким, которые могли доставлять кислород в каждую часть их массивных тел. А потом из динозавров произошли птицы, и они смогли очень хорошо использовать эту сверхэффективную систему легких. Вот каким образом динозавры стали такими большими, и вот почему горные гуси могут летать над Гималаями даже при низком уровне кислорода.

^{Обложка: pinterest.ru}