Могут ли на самом деле существовать ихтиандр, сирены, русалки и водяной?

Океан и возможность жить в нем привлекают человечество не первое десятилетие: мы обитаем на суше, которая занимает только 29% земной поверхности, а остальные 71% поверхности покрыты водой, и эти проценты исследованы гораздо меньше. Путешествие в глубины Мирового океана — почти такая же трудная задача, как полет в космос.

Дети моря

Вся жизнь вышла из воды, и мы тому прямое доказательство: младенец состоит из воды на 70–80 процентов, с возрастом это соотношение падает. Но почему больше половины веса нашего тела — вода?

Наши с вами ближайшие родственники, остальные представители класса млекопитающих, — не только потомки обитателей большой воды: они, прожив десятки миллионов лет на суше, неоднократно совершали удачные попытки вновь сменить место обитания с «сухого» на «мокрое» под давлением естественных врагов или в поисках пищи.

Нам сейчас известно семь подобных эпизодов (может быть, их было и больше). Кроме сирен (ближайшие родственники — хоботные), ластоногих (они произошли от общих с современными медведями и куницами древних предков) и китообразных (гиппопотам — их ближайших родственник из ныне живущих), можно вспомнить белого медведя, который, в отличие от бурого, прекрасно освоился в морской среде (может проплыть многие сотни километров без выхода на сушу), хотя при этом серьезных внешних изменений его организм не претерпел. Как и каланы, которые практически полностью переселились в воду: охотятся, рожают и растят в ней детей.

Еще были морские ленивцы талассокнусы, но они вымерли пару миллионов лет назад, в конце плиоцена (то есть вполне могли пересекаться с Homo erectus). Еще раньше, примерно 8 миллионов лет назад, вымерли демостилии (ближайшие родственники сирен и хоботных) — они тоже, судя по всему, почти все время проводили в воде.

Неудивительно, что человек тоже время от времени подумывает об уходе под воду: там много места и пищи, а начальства — поменьше. Не зря практически у всех народов мира в сказках и мифах есть водные обитатели, например, русалки в славянской и западноевропейской мифологии, сирены и тритоны в мифах древней Греции, шелки — люди-тюлени в кельтской мифологии, люди-осьминоги — в азиатской и индейской, «жители моря» в арабских сказках.

Первым известным «человеком-амфибией» был вавилонский морской бог Эа (по-шумерски Энки, по-гречески Оаннес). Его рисовали с головами рыбы и человека, хвостом и ногами. Со временем сказки заменила беллетристика, и мечтать о свободном плавании людей под водой продолжали писатели-фантасты.

Мода на русалочьи сюжеты началась с одной книги, которую сейчас вспоминают довольно редко, — повести немецкого писателя Фридриха де ла Мотт Фуке «Ундина» (1811). Кстати, «Русалочка» Андерсена, которую вы точно помните лучше, — это пересказ «Ундины» Фуке.

Дальше — больше: французский писатель Жан де Ла Ир написал роман «Иктанэр и Моизета» о юном герое, которому пересадили часть жабр акулы. Роман имел большой успех, и осенью 1909 года в петербургской газете «Земщина» появилась анонимная переделка под названием «Человек-рыба».

Александр Беляев при работе над своим знаменитым романом «Человек-амфибия» (который, кстати, впервые был опубликован в 1928 году именно в журнале «Вокруг света») скорее всего, ориентировался как раз на первый российский пересказ романа про Иктанэра, а не на французский оригинал.

А в 1968 году вышла повесть писателя-фантаста Сергея Павлова «Акванавты». В ней, как было принято в советской научной фантастике, оказалось куда больше правдоподобных технических деталей, чем в том же «Человеке-амфибии»: дыхание героям не обязательно, так как кислород в кровь поступает через специальный костюм. Роман был так популярен, что термин «акванавты» стали использовать по отношению к реальным специалистам по глубоководным погружениям.

Вода как источник жизни

Сказки и легенды обычно транслируют явления, так или иначе существующие в действительности. Но могли ли быть у всех этих мифологических и фантастических существ реальные прототипы?

Химический состав плазмы крови человека действительно очень близок к составу морской воды. Даже околоплодные воды материнской утробы, в которых плавает человеческий эмбрион, представляют собой фактически слабый солевой раствор, правда, эмбрион получает кислород через плаценту, а не через этот раствор — в легкие он не попадает.

Еще в 1897 году французский физиолог Рене Куинтон начал проводить исследования, пытаясь установить, пригоден ли изотонический раствор морской воды (это раствор с концентрацией хлорида натрия 0,9%, а в настоящей морской воде его процента 3–4) для внутривенных инъекций. Он подбирал бездомных собак и проводил им переливание крови, но трансфузию осуществлял именно изотонической морской водой.

После долгих опытов по частичной замене крови он в итоге заменил одной собаке ее плазму крови полностью на морскую воду. Собака после этого прожила еще целых пять лет. А в конце 1930–х годов Александр Бабский и Александр Сосновский стали проводить опыты по кровезамещению морской водой на людях. Потерю крови изотоническим раствором морской воды можно компенсировать без ущерба для здоровья пусть не полностью, но в диапазоне 20–30 процентов.

После этого кажется, что раз морская вода нам такая родная, то и дышать ею можно научиться, подобно герою романа Беляева Ихтиандру — ведь и рыбы же дышат, и у них все прекрасно получается. Кстати, у Ихтиандра, которому во время операции по удалению опухоли аргентинский хирург Сальватор пересадил жабры молодой акулы, есть еще и легкие, и этим герой похож на лабиринтовых рыб. Однако в таком «прямом» подходе к дыханию есть важные и почти непреодолимые ограничения.

Кислорода маловато будет

Давайте обратим внимание на то, что никакие млекопитающие, ушедшие жить под воду, водой не дышат. Все они отлично умеют задерживать дыхание, кто на десятки минут, а кто и на часы. Но за глотком кислорода все всплывают на поверхность.

Неужели за миллионы лет эволюции они не смогли разработать механизмы для получения кислорода через воду? Заметим, что в природе есть существа, умеющие дышать всем телом: на суше — это кольчатые черви, а под водой — некоторые виды низших рачков, например, веслоногие ракообразные, или копеподы (Copepoda). Но мы говорим о высших организмах, а вот они точно не могут и не смогут дышать кожей.

Дело в том, что концентрация кислорода в воде редко превышает 6 кубических сантиметров на литр, что примерно в 30 раз ниже его концентрации в воздухе. Для того чтобы извлечь кислород из воды, нужен специальный «прибор» — жабры. Они гораздо лучше извлекают кислород из воды, чем легкие: около 75% кислорода, проходящего через жабры рыбы, извлекается наружу.

Но иногда и жабр не хватает: в болотах, небольших прудах, рисовых полях растворенного в воде кислорода еще меньше, чем в океане. В таких местах живут лабиринтовые рыбы, которые умеют дышать атмосферным воздухом: эволюция разработала для них специальный орган. Он расположен над жабрами, состоит из множества тонких костных пластинок, покрытых слизистой оболочкой с большим количеством кровеносных сосудов. При вдохе атмосферный воздух попадает в камеры этого лабиринта и обогащает кровь кислородом.

Лабиринтовые рыбы периодически поднимаются к поверхности воды, чтобы заглотить воздух, и если лишить их такой возможности, они могут и задохнуться. Кстати, многие из этих рыб живут в ваших аквариумах (например, гурами, лялиусы и пр.) — обратите внимание при случае на их поведение.

Меняем воду на перфторуглероды

Итак, кислорода в воде для человека явно мало. Возможно, мы смогли бы извлекать его из воды, если бы у нас были те самые жабры, но откуда им взяться? Для наших братьев млекопитающих, ушедших обратно в воду, эволюция за миллионы лет так и не смогла разработать нужный орган, предпочтя ему (если вообще позволительно говорить о «предпочтениях» в случае эволюции) разные технические улучшения способов атмосферного дыхания.

Кроме того, следует заметить, что у млекопитающего гораздо более высокая потребность в кислороде, чем у рыбы той же массы — ему нужно поддерживать высокую температуру тела, и значительная часть кислорода тратится на это. Так что будь у нас даже жабры, не факт, что кислорода в воде нам хватило бы.

Первый способ, который мог бы нам теоретически подойти для решения задачи получения кислорода из воды, — специальный костюм, исполняющий роль жабр и доставляющий кислород непосредственно в кровь. Подобная технология и была описана в повести «Акванавты».

При работе на больших глубинах акванавты используют в качестве «жабр» гидрокомбовую оболочку. «Дышит» при этом вся оболочка: кислород из воды поступает через гидрокомбы непосредственно в кровеносную систему. Создавшие гидрокомб инженеры-бионики использовали принцип действия крапивных стрекалец: гидрокомбовый ворс «прорастает» сквозь кожу до кровеносных сосудов. Оболочка заодно греет акванавта (что нелишне на глубинах) с помощью лабиринта молекулярных цепочек токопроводящего полимера.

Костные пустоты скелета акванавта наполняются жидкостью (с помощью специального гормона), поэтому практически несжимаемы, а плотность тела становится близкой к плотности воды — то есть единице: то что надо для работы на большой глубине! Но подобный костюм, врастающий в тело и потом легко отсоединяющийся от него, — это технология не сегодняшнего и даже не завтрашнего, дня.

Другой способ, над которым еще с прошлого столетия активно работают ученые в разных странах, — это так называемое жидкостное дыхание. Но вода для этого все равно не годится — как было сказано выше, в ней мало кислорода. Кроме того, дышать ею будет в любом случае крайне трудно — ведь вязкость воды куда выше вязкости воздуха, а дыхательные мышцы не рассчитаны на такие нагрузки.

И главное — вода, циркулирующая в легких, плохо выводит углекислоту, которая накапливается в нашем организме. В экспериментах на животных (мышах и собаках) исследователям пока не удавалось сделать так, чтобы их подопытные долго дышали насыщенной кислородом водой. К тому же после опытов возникали серьезные проблемы с переводом животных обратно на атмосферное дыхание.

И все же выход есть — использовать не воду, а другую жидкость, например, перфторуглероды — это углеводороды, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора. Некоторые из таких соединений обладают очень важным свойством — они имеют чрезвычайно высокую способность растворять газы, в частности, интересующие нас кислород и углекислоту. И делают это куда лучше воды. А углекислый газ, который необходимо выводить из легких, чтобы не было отравления, в этих перфторуглеродах растворяется еще лучше, чем кислород — раза в три. Так что остается только его связать — и это решаемая и вполне перспективная техническая задача.

Зачем может понадобиться жидкостное дыхание? Например, для исследовательских погружений на очень большие глубины без многочасовых остановок на декомпрессию и кессонной болезни. Или для спасения людей с затонувших судов. Но и эта технология пока еще не доработана: если вы видели похожий аппарат в художественном фильме Джеймса Кэмерона «Бездна», то не забывайте, что это все же фантастика.

Так что, увы, как антропоморфные водяные жители из сказок, так и люди, и человекоподобные существа дышать водой определенно не могли и не смогут. А жаль!

_{Фото: Русский Музей, Санкт-Петербург; ROMAN UCHYTEL; OSAMA SHUKIR MUHAMMED AMIN; MAREK MIŚ; ESA}