Удивительная способность: как и зачем черепахи научились дышать задом

Главные органы дыхания черепахи — это легкие. Их строение намного проще, чем у млекопитающих: они представляют собой тонкостенные воздухоносные мешки, не разделенные легочными долями. Легкие занимают до 70% тела и «прижаты» во внутренней полости к панцирю. Вокруг — сердце и печень, а сзади их «закрывает» тазовый пояс. Такое строение ограничивает объем и гибкость легких при расширении.

Сами легкие разделены большой сетью бронхиальных каналов на многочисленные камерки — именно они и обеспечивают газообмен. При этом у черепах отсутствует полноценный мембранный насос: ребра этих животных «срослись» с панцирем, из-за чего межреберные мышцы для дыхания оказались не развиты. Получается, что респираторная система черепах определила особенности их дыхания.

Главная особенность — жесткий панцирь, не допускающий расширения грудной клетки привычным для нас всех способом. Это вынудило эволюцию изменить механизм дыхания черепах: у них возник своеобразный «мышечный подвес» легких и внутренних органов.

Итак, как дышат морские черепахи? Запомните один факт: они получают кислород через ноздри. Дыхание открытым ртом для них ненормально. И только один вид пришел к тому, чтобы научиться дышать задом, но об этом позже.

У черепах наружные ноздри находятся на переднем конце головы и имеют вид небольших около круглых отверстий. Внутренние ноздри (их еще называют хоаны) более крупной и овальной формы. Они расположены в передней трети неба. При закрытом рте хоаны вплотную примыкают к гортанной щели. Гортань в основном закрыта, за исключением момента дыхания черепахи. Это помогает не наглотаться воды.

Открывается гортань только во время вдоха и выдоха с помощью специальной мышцы-дилататора. Короткая трахея образована замкнутыми хрящевыми кольцами и в своем основании разделяется на два бронха. Это помогает черепахам дышать на суше со втянутой внутрь головой. При этом во время втягивания головы и конечностей в панцирь объем легких резко уменьшается (до ⅕ части!). Именно так черепаха выталкивает воздух в свой «резерв»: получается что-то вроде насоса.

Эти животные не имеют функционирующей грудной клетки. Поэтому черепахи дышат не так, как другие животные. Вдох происходит за счет движения мощных пучков мышц, идущих от плечевого и тазового пояса к пластрону, и дорсально-вентральных мышц, расположенных вдоль края панциря. Движение мышц вызывает уменьшение или увеличение объема полости тела и, соответственно, легких. У сухопутных черепах движения передних лап и шеи принимают участие в дыхании, а также сокращение собственной гладкой мускулатуры легких.

У полуводных черепах на суше вдох более пассивный, а выдох — более активный, а в воде — наоборот. У черепах с более легким панцирем (Трионикс) меньше объем легких, чем у черепах с более тяжелым. А вот у красноухих черепах они составляют всего 14% от объема тела. Как дышат красноухие черепахи в таком случае? Вот тут-то и вступает в действие клоакальное отверстие. Животное периодически «продувает» воду и насыщает кровь кислородом.

Количество вдохов также колеблется от вида. Греческая сухопутная черепаха делает в период активности, то есть вне периода зимней спячки, 4-6 вдохов в минуту. Морские черепахи всплывают для того, чтобы глотнуть воздух, приблизительно раз в 20 минут. А вообще любые черепахи могут не дышать до нескольких часов.

Любая водная черепаха дышит на суше. Они должны всплывать за воздухом на поверхность каждые несколько часов. У некоторых из пресноводных появились специальные приспособления, которые помогают им долго оставаться под водой. Одни виды приобрели способность дышать через кожу, а у других, как у красноухой черепахи, есть специальные пазухи, помогающие усваивать кислород. Бугорки на языке и в ротовой полости у мускусных черепах (и некоторых других видов) помогают усваивать кислород из воды.

Так как дышат черепахи под водой? У водных видов при задержке дыхания во время погружения под воду абсорбция кислорода из легких в кровь и ткани происходит еще в течение 20 минут. Уровень углекислоты может сильно повышаться, не вызывая раздражения дыхательного центра. Параллельно включается механизм анаэробного дыхания, который постепенно усиливается, дублируя нормальный газообмен. При всплывании на поверхность черепахе достаточно 3-4 секунд, чтобы восстановить нормальный уровень кислорода и углекислоты.

Начнем с того, что этот механизм дыхания черепах изобрел конкретный вид — элсея белогорлая. Клоака этих черепах способна абсорбировать кислород. Оригинальный способ дыхания позволяет животным проводить длительное время под водой. Такая среда обитания позволяет им быть менее уязвимыми для хищников. Но использование рек человеком превратило условия обитания элсеи в непригодные для жизни — по этому поводу уже предпринимаются действия.

Эксперты считают, что последней пригодной средой обитания для черепах остается вода в реке Коннорс, Австралия. Они агитируют за то, чтобы уменьшить ее техногенное использование: прекратить строительство плотин и ограничить водосбор для штата Квинсленд на северо-востоке Австралии. Иначе представьте, чем дышать черепахе под водой!

А что происходит с дыханием черепахи зимой? Эти пресмыкающиеся холоднокровные, а значит, их тело имеет температуру окружающей среды. Если пруд, в котором живет черепаха, замерзает, то и черепаха замерзает вместе с ним. Но это не значит, что черепаха умирает. Наоборот, в холодной воде черепаха спасается от смерти в еще более холодном воздухе: температур ниже нуля животное бы не перенесло, а непромерзающий водоем никогда не станет холоднее.

Более того, черепаха выживет, даже если пруд затянет плотный лед. Какое дыхание у черепах в таком случае? Ведь жабр, чтобы дышать под водой, у черепахи нет — она, как и мы, вдыхает воздух легкими. Чтобы кислорода хватало в отсутствие воздуха, черепахи входят в состояние гибернации; замедленный метаболизм обходится тем небольшим количеством кислорода, которое удается сохранить в крови.

Черепахам даже удается немного пополнять запасы кислорода — через части тела, которые касаются воды, и в которых много кровеносных сосудов. А именно, через область между задними лапами. Процесс поглощения кислорода таким образом так и называется — клоачное. Такое дыхание черепахи помогает, если в воде растворено много кислорода. Осенью и в начале зимы это обычно так и есть, потому что в воде еще сохраняется кислород, выработанный водорослями за теплый сезон.

К весне рыбы и другие обитатели водоема используют его почти полностью. Некоторые черепахи приспособились к жизни подо льдом даже в таких условиях, но если лед долго не тает, даже им грозит гибель от недостатка кислорода. К слову, долго — это больше трех месяцев; ученые выяснили, что для таких черепах не проблема протянуть подо льдом до 100 дней. Здесь их как раз выручает способность дышать попой.