Занимательная физиология - Борис Сергеев

Естественно, напрашивается вопрос: раз мы кормим не саму корову, а живущих у нее в рубце микробов, раз мы всего-навсего поставляем сырье на микробную фабрику, нельзя ли естественные корма заменить искусственными? Вопрос этот отнюдь не праздный.

Самое узкое место производства мяса, молока, шерсти и других продуктов — недостаточная обеспеченность сельского хозяйства кормами с богатым содержанием белка. В организме животных белок из неорганических соединений не образуется. Всю потребность в белке сельскохозяйственные животные покрывают за счет растений, которые могут его синтезировать из различных неорганических азотсодержащих веществ. Однако растительные корма, за исключением бобовых культур, бедны белками. А это очень плохо. Ведь для производства тонны мяса корма, бедного белками, нужно гораздо больше, чем богатого. И если в корме белка мало, организм использует его целиком, зато остальные содержащиеся в нем питательные вещества усваиваются лишь частично. Поэтому для получения достаточного привеса приходится тратить огромные количества корма, отлично понимая, что часть их идет впустую. Вот почему ученые уже давно ведут поиски заменителей белка.

В настоящее время такие вещества созданы. И одно из них — мочевина, или карбамид. Для организма мочевина не является совершенно посторонним веществом. В процессе обычного расщепления белков возникает очень токсичное вещество — аммиак, который инактивируется печенью и в виде мочевины выводится из организма.

В Советском Союзе использование карбамида на корм скоту было начато еще в 1959 году. Попав в рубец жвачных, карбамид гидролизуется там в аммиак, из которого, в свою очередь, синтезируется микробный белок. Огромный объем рубца, достигающий иногда 100 литров, позволяет синтезировать значительные количества белка. Тонна карбамида дает прибавку в размере 8–10 тысяч литров молока, 1,8–2,1 тонны мяса или 120 килограммов шерсти.

Использование карбамида на корм скоту должно быть строго регламентировано. Его нельзя скармливать в слишком больших количествах: микроорганизмы в этом случае не успеют полностью использовать весь образовавшийся аммиак, что приведет к отравлению. Карбамид нельзя давать отдельно от других кормов, так как микроорганизмам, живущим в рубце, для синтеза белков необходимо определенное количество энергии, которое они получают за счет использования клетчатки, крахмалов и сахаров. Кроме того, для синтеза белка необходимы витамины А и D, сера, фосфор, кобальт и другие минеральные вещества.

Использование мочевины в качестве кормовых прибавок не является чем-то неожиданным. Об этом, как и в большинстве подобных случаев, гораздо раньше человека «догадалась» сама природа. Животные пустынь, обитающие в условиях очень суровой и скудной природы, постоянно сталкиваясь с острым недостатком воды и пищи, научились утилизировать отходы белкового обмена. У верблюда, когда он голодает, мочевина почти не выделяется почками. Она остается в организме и поступает в желудок, на микробную фабрику, где из нее синтезируется белок.

Широкое внедрение мочевины в колхозную и совхозную практику ограничивается ее большой токсичностью. Там, где отсутствует очень строгий, скрупулезный контроль за ее использованием, возможны случаи массового отравления скота. Поэтому сейчас ведутся поиски более безопасных заменителей белка.

Уже удалось выяснить причины, которые приводят к отравлению животных при скармливании мочевины. Оказывается, в рубце жвачных есть фермент уреаза, которая очень быстро гидролизует попавшую туда мочевину. Образовавшийся при этом аммиак угнетает микробов. Они приостанавливают питание, а тем временем скопившийся в большом количестве аммиак проникает в кровь и отравляет животное. Значит, чтобы обезопасить корову от отравления, необходимо или создать условия, мешающие ферменту уреазе осуществлять гидролиз, или усилить деятельность микроорганизмов.

Недавно в Советском Союзе были опробованы два новых заменителя белка: фосфорнокислая мочевина и глюкозилмочевина. Введение в молекулу мочевины фосфора, по мысли ученых, должно было помешать действию фермента уреазы, а также обезвреживать образовавшийся аммиак. Введение углевода в молекулу мочевины (второй заменитель белка) должно было снабдить «коровьих микробов» питанием, то есть обеспечить энергией для синтеза из мочевины настоящих белков. Оба вещества оказались значительно менее опасными, чем мочевина, и применение их дало очень хорошие результаты.

Есть и другие способы использования заменителей белка. Микроорганизмы можно выращивать на фермах и уже затем скармливать скоту. Это дороже, сложнее и менее эффективно, зато совершенно безопасно и позволяет улучшить питание не только жвачных. В лаборатории профессора Л. Д. Петрова за счет развития микроорганизмов на обогащенном карбамидом картофеле количество белка в среде за 48 часов увеличивается в 3 раза. Этот корм, богатый белковыми веществами, можно с успехом давать свиньям.

Итак, интересная особенность пищеварения жвачных животных натолкнула ученых на мысль о возможности обогащения естественных кормов белками с помощью микробного синтеза и позволяет надеяться, что в недалеком будущем большую часть кормов для сельскохозяйственных животных начнут производить не на колхозных полях, а в цехах заводов и фабрик.

Кастрюльки бывают разные

У одноклеточных организмов нет специальных кастрюлек, чтобы готовить себе еду. Вокруг съеденного обеда у них образуется пищеварительная вакуоль, так сказать, временная кастрюлька, которая по окончании переваривания пищи исчезает.

Совсем иное дело более сложные организмы. Первые многоклеточные существа, появившиеся на нашей планете, — полипы и медузы — всего лишь живые кастрюльки. Сходство это не столько внешнее, сколько по существу. По виду-то они больше всего напоминают кисет, мешочек, состоящий из двух слоев клеток, с отверстием, через которое внутрь попадает пища и затем выбрасываются наружу все неудобоваримые остатки.

На попавшую в кастрюльку пищу специальные клетки выделяют особые вещества, под действием которых она слегка уваривается, распадаясь на отдельные кусочки. Они захватываются клетками внутренней стенки и довариваются уже здесь. Конечно, не каждая клетка стенок котелка может дотянуться до лакомого кусочка, но клетки не эгоистки, они делятся пищей со своими голодными соседками. Да и сами клетки скреплены у этих животных не намертво. Они как бы очень медленно текут, меняясь местами. Возможно, насытившиеся клетки, накопившие запасы питательных веществ, оттесняются в сторону более голодными.

Дело значительно осложнилось, когда появились более высокоорганизованные существа. Переваривание пищи уже было освоено и не вызывало особых затруднений. Зато проблема доставки пищевых веществ до каждой клеточки тела была еще совсем не разработана. На первых порах эту функцию взяла на себя пищеварительная система. Попросту говоря, кишечник старался дотянуться до каждой клеточки тела.

Так появились ветвистокишечные турбеллярии. Их огромный, как раскидистое дерево, кишечник служит основой, вокруг которой разрастается тело. Благодаря этому все клетки тела сыты. Конечно, система снабжения, занимающая чуть ли не 4/5 объема тела, очень громоздка, и в дальнейшем природа по этому пути не пошла, строго разграничив функции пищеварения и снабжения.

Природа полна контрастов. Одновременно с опробованием огромных пищеварительных органов была предпринята попытка обойтись вовсе без них. Действительно, зачем они нужны? Не проще ли пищу облить пищеварительными ферментами и, дождавшись, когда она переварится, всосать готовые пищевые вещества?

Среди тех же турбеллярий есть совсем уж крохотные бескишечные животные. Единственный пищеварительный орган у них — глотка, которая выделяет пищеварительный сок на подвернувшуюся добычу, а затем всасывает полупереваренную пищу. Глотка упирается в пищеварительные паренхиматозные клетки, лишенные оболочек и ничем друг от друга не отграниченные, куда, как в большую амебу, попадают пищевые частички и здесь окончательно перевариваются. Благодаря тому, что эти животные очень малы, все остальные клетки тела могут кое-как прокормиться.

Идея вынести кухню со всей ее грязной посудой и массой пищевых отходов наружу оказалась очень удачной, и многие животные с успехом используют этот своеобразный метод. Особенно часто к нему прибегают крохотные личинки насекомых, живущие в тканях животных или растений. Слабеньким челюстям очень трудно прокладывать путь сквозь живые ткани. Выделение пищеварительных соков очень помогает: окружающие клетки размягчаются, и личинка, поедая готовый обед, понемногу продвигается вперед.