Есть ли реальное потенциальное преимущество в том, чтобы иметь два сердца?

Возможно, лучше думать не о сердцах, а о камерах. Тем более что по отношению к рыбе можно сказать, что у нас два сердца. По сути, с эволюцией легких мы развили одно «сердце» для легких и одно «сердце» для остального тела, чтобы поддерживать оксигенированную и деоксигенированную кровь в отдельных системах (в отличие от земноводных, у которых в большей степени смешаны два типа органов дыхания). кровь). Таким образом, если потребность в сохранении двух типов крови (обогащенной кислородом и деоксигенированной) привела к эволюции 4-камерной двойной сердечной системы рыб, возможно, четыре типа крови необходимо хранить отдельно, что приведет к 8-камерному двойному человеческому сердцу. система сердца.

Изменить: некоторая информация/цитата

Редактировать2:

Поскольку сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти на Западе, наличие двух сердец имеет, казалось бы, очевидные преимущества.

Тем не менее, сердечные заболевания не обязательно являются результатом износа сердца (хотя это, безусловно, может быть, особенно при перекачивании с высоким давлением, например, высоким кровяным давлением или легочной гипертензией).

Обычно сердечным заболеванием, которое убивает людей, является ишемическая болезнь сердца , то есть накопление бляшек в артериях, снабжающих кислородом сердечную мышцу. У людей избыточное сердце может помочь, если страдает первое, но, по всей вероятности, бляшки будут накапливаться в артериях обоих сердец, подвергая их обоих равному риску заболеть и более или менее истощаться при одном и том же относительном уровне. время.

Таким образом, у людей кажущееся преимущество избыточного сердца невелико. Потенциальным недостатком является то, что потребности существа в питательных веществах и кислороде будут выше без особой выгоды.

Однако, если части тела, полезные для выживания (например, мышцы), зависят от высокого притока насыщенной кислородом крови, такой человек может лучше справляться с физическими нагрузками. Этот сценарий также будет зависеть от того, легкие не будут ограничивающим этапом в оксигенации крови.

У гуманоидов, если вы удвоите легкие (четыре легких) и удвоите сердце, это может дать им преимущество. Однако это также потребовало бы гораздо большей грудной клетки или выделения другой части тела для дополнительных легких, что сделало бы тело более хрупким и менее гибким. Грудная клетка и без того довольно хрупкая, требующая защитного каркаса из ребер, и травма здесь более опасна, чем в некоторых других частях тела. Наличие большего количества ребер ограничило бы гибкость (ваша грудь не очень гибкая), так что это не дает никакого преимущества в выживании.

В общем, я не думаю, что гуманоидной форме лучше обслуживать два сердца.

С точки зрения эволюции единственными существами, которым требовалось вспомогательное сердце, были гигантские динозавры-зауроподы, которым приходилось перекачивать кровь на значительные расстояния к голове. Даже тогда не было настоящего второго сердца, а были модифицированные структуры, чтобы обеспечить поддержание артериального давления на голове, а также гарантировать отсутствие повреждений, если животное внезапно опустит голову. Жирафы имеют аналогичное строение.

Если существо исключительно большое, длинное или высокое, тогда ему потребуется какое-то настоящее второе или несколько сердец, но мы говорим о существах размером с дюнных песчаных червей или о каких-то суперзавроподах, намного более высоких, чем все обнаруженные ранее. свидание. Кажется, что для любого существа на Земле, использующего традиционную биологию, достаточно одного сердца.

Челюстная пиявка имеет два длинных сегментированных сердца, по одному на каждой стороне тела. Дождевой червь имеет пять кольцеобразных сердец, которые расположены с седьмого по одиннадцатый из его ста пятидесяти сегментов. Хотя ни одно из этих существ не имеет близкого родства с каким-либо гуманоидным животным, я, безусловно, могу представить себе гуманоида на каком-то инопланетном древе жизни, в конечном итоге имеющего аналогичный план кровообращения.

Как упомянул Фукидид , некоторые люди предполагают, что у гигантских зауроподов могло быть вспомогательное сердце, хотя прямых доказательств этому нет. Многие линии животных на Земле, в том числе тероподы ** и зауроподы , претерпели поразительные изменения в форме и размере. Обычны рудиментарные структуры , а различие между руками и передними ногами размыто . Таким образом, в мире, где на самом деле существовали вспомогательные сердца, я легко мог представить гуманоидное существо, у которого есть вспомогательное сердце, потому что оно произошло от гораздо более крупных четвероногих предков.

Левел Ривер Сент упомянул, что у осьминога есть два жаберных сердца , которые перемещают кровь через его жабры, в дополнение к его основному «системному» сердцу. Другие колеоиды , в том числе кальмары, каракатицы и кальмары-вампиры, имеют такие же дополнительные сердца, преимущества которыхвроде хорошо понял. Колеоиды сильно различаются по количеству и роли своих рук. В некоторых линиях пара рук исчезла или превратилась в пару сенсорных нитей, не используемых для хватания. В других линиях одна пара рук превратилась в пару щупалец, которые часто намного длиннее других рук. Я предполагаю, что в далеком будущем у некоторых колеоидов может появиться одна пара рук, одна пара щупалец и от нуля до шести пар сенсорных нитей или других нехватательных придатков. Если это произойдет, у нас могут быть гуманоиды с тремя сердцами прямо здесь, на Земле.

** По вашему определению, кстати, я бы отнес тероподов к чисто гуманоидным!

Помимо избыточности, если одно сердце не могло бы регулировать большие объемы крови или ее вес, то это потребовало бы наличия второго сердца. Сердца могут содержаться в дихотомическом, большем и меньшем круге кровообращения, работать в тандеме в одной системе кровообращения или работать в комбинации этих двух.

Отдельные сердца также можно рассматривать для добавления вторичного или эквивалентного фиктивного типа крови или жидкости, аналогичной крови, которая может быть присуща кровообращению определенных фигур или в результате воздействия окружающей среды.

Теоретически да

(С определенной точки зрения, у нас уже есть два сердца. Но давайте проигнорируем эту софистику.)

Наивно полагая, что два (или даже три-четыре) сердца действительно могут иметь значительное преимущество с точки зрения артериального давления.

Почти наверняка не будет никаких преимуществ с точки зрения избыточности.

Ишемическая болезнь сердца, а также механический износ клапанов, вероятно, повлияют на оба сердца одинаково, так что от этого мало что можно выиграть. Травма, разрушающая одно сердце, скорее всего, приведет либо к смерти в результате обескровливания (колющая травма), либо с большой вероятностью приведет к разрушению и второго сердца (тупая травма).
В любом случае, резервное сердце тоже не очень хорошо приспособлено к тому, что внезапно ему придется справляться с удвоенной нагрузкой.

Однако преимущество по давлению остается, если игнорировать практические «проблемы реализации»:

В нынешнем виде сердце генерирует короткий, экстремальный пик давления во время того, что мы называем систолой (в среднем около 130 мм рт.ст., но вполне возможно, что в некоторых условиях вдвое больше), за которым следует период полного отсутствия давления.

По иронии судьбы, само сердце тоже нуждается в крови, чтобы выжить, а кровь течет по коронарным артериям только во время диастолы. Значит, кто-то каким-то образом должен убедиться, что это работает. Кровь обычно должна продолжать течь устойчивым образом.

Вдобавок к этому, некоторым органам — в первую очередь почкам, а также мозгу — требуется определенное минимальное давление и определенное среднее давление (около 70 мм рт.ст., если я правильно помню), иначе они перестанут функционировать. Это одна из причин, которая может, например, привести к феномену, известному как «шоковая почка».

Эти требования являются серьезной проблемой для артерий, которые отвечают за поддержание этого зверя в рабочем состоянии. Они должны быть и мускулистыми, и упругими, должны уметь достаточно быстро и незаметно приспосабливаться к меняющимся условиям (вы не представляете, сколько работы нужно, когда встаешь, лишь бы мозг вдруг не перестал работать!), и они подвержены сильному износу и кальцификации.
Было бы неплохо, если бы мы могли немного облегчить жизнь нашим артериям? Оказывается, можем.

При наличии двух сердец, которые бьются антисинхронно (или даже трех сердец, работающих в трехфазном режиме), для достижения одинакового среднего давления пиковое давление может быть намного ниже . Кривая давления, естественно, была бы намного более плавной, на более ровном уровне. Проблема поддержания минимального давления волшебным образом исчезнет.
Это сравнимо с «обычным» четырехтактным автомобильным двигателем по сравнению с шестицилиндровым или восьмицилиндровым двигателем или с «типичным» двигателем мотоцикла с одним или двумя цилиндрами с другой стороны. Двигатель с большим количеством цилиндров всегда будет работать намного ровнее, с меньшим шумом и вибрациями (при одинаковой мощности очевидно, что в 10-15 раз более мощный двигатель будет производить больше шума!), и с меньшим общим износом.

Теперь проблема в том, чтобы заставить два сердца биться синхронно, антисинхронно. Если они рассинхронизируются, вы увидите более или менее выраженные интерференционные эффекты (известные, например, в электрике или акустике). В среднем у вас будет субоптимальное давление/кровоток. В худшем случае волны давления складываются, что приводит к скачку давления в два раза выше ожидаемого. К сожалению, из-за природы интерференции асинхронных волн этот наихудший случай не только возможен, но и гарантированно будет происходить регулярно.

Таким образом, вам придется построить систему, которая гарантирует синхронизацию сердец. Вместо того, чтобы иметь свой собственный узел SA для каждого сердца, должен быть один узел SA для обоих сердец и своего рода «круг задержки» для одного сердца, который задерживает сигнал ровно на половину длины периода. Конечно, круг задержки должен быть передан от узла SA, так как ему необходимо адаптировать свою задержку к частоте сердечных сокращений.

Это очень сложная система с большим количеством логики, которая склонна к сбоям. Возможно, два сердца должны быть физически разделены (а не просто удвоить количество камер), чтобы сохранить преимущества «износа». Однако это поместит узел SA (который является единственной точкой отказа) где-то между ними, предположительно в жировой ткани, что снова сделает его довольно уязвимым для внешних повреждений.
Если что-то случится с этой сложной системой, все взорвется.

Сердца, которые мы сейчас используем, имеют настолько тупой дизайн, что и делают дизайн таким оригинальным. В них нет никаких «суперумных» битов с большим количеством синхронизации и логики управления. Это мембранные потенциалы, спонтанно нарастающие и возбуждающиеся, а также несколько проводников и изоляторов, которые направляют волновой фронт в желаемую форму. Да, есть несколько механизмов регуляции, которые могут немного смягчить (но не изменить существенно) функцию определенных частей проводящей системы, но в целом это запрограммированная, упрямая маленькая штука, которая делает именно то, что делает всю вашу жизнь.
Вряд ли что-то может пойти не так, и это хорошо. Сердце редко отказывает. Можно сказать, что это случается в среднем раз в жизни.

Одна альтернативная причина, по которой у научно-фантастического вида есть дополнительное сердце, может сочетаться с другим довольно распространенным научно-фантастическим тропом; Житель тяжелого мира .

Это также связано с сохранением надлежащего кровяного давления в головном мозге. Как и в некоторых других ответах, система клапанов также может это сделать, но второе сердце может помочь нормализовать кровоток в условиях высокой локальной гравитации.

Чтобы система с двойным сердцем существовала, она должна обеспечивать преимущества, как вы говорите, некоторые из них могут включать:

Выживите от природного хищника, чья смертельная атака в самое сердце всех протогоминидов. Не будем забывать, что homo sapiens по той или иной причине является одним из немногих живых видов рода homo. Таким образом, на другой планете у ведущих гуманоидных видов может быть много других видов, возможно, не столь интеллектуально способных в пределах того же рода. Развитие второго сердца могло быть причиной того, что этот вид стал доминирующим на этой планете.

Еще один, как указал Плинт, может заключаться в предоставлении альтернативных путей для крови. В нашем теле кровеносные сосуды расширяются, чтобы увеличить приток крови к частям тела, которые больше всего в ней нуждаются (или сжимаются для противоположного эффекта). Второе сердце может обеспечить преимущество или гораздо более быструю реакцию, чем вазодилатация, и/или более широкий диапазон (полное включение/выключение по сравнению с настройкой). Если бы планета/исходная среда была восприимчива к очень резким изменениям температуры, которые могли бы вызвать серьезное переохлаждение биологии, такой как наша, и где была бы возможность полностью перекрыть в течение нескольких секунд кровоснабжение кожи, внутренних органов (пищеварение,...), и поддерживать насыщение мозга и работающих мышц кислородом в два раза быстрее, чем обычно, может обеспечить фон для второго сердца, которое сразу же перестанет качать и позволит второму сердцу качать в два раза быстрее, чем если бы другое сердце также качало. Другим преимуществом может быть включение / выключение кожного дыхания (как у бакрактианов) в присутствии токсичных газов или при погружении в воду, ...

Присутствие этого второго сердца затем постепенно эволюционировало бы, чтобы стать полностью избыточным по мере того, как гуманоиды прогрессировали в эволюции, в качестве приятного дополнительного преимущества.

Вы также спрашиваете о возможном падении второго сердца. Как и во многих системах, большой проблемой избыточности является стоимость:

• затраты энергии: наличие второго сердца может привести к тому, что этому виду нужно будет есть больше, чем другим представителям того же вида.
• повышенная стоимость метаболизма: работа с двумя сердцами также может заставить этот вид стареть быстрее, чем другие представители того же рода.
• второе сердце может быть довольно недавним биологическим дополнением (эволюционно), и многие новорожденные могут иметь пороки развития сердца (летальные или нет).

это конечно только несколько идей/предложений

Как указал Аартью III, тело будет полагаться на оба сердца, пока одно из них не выйдет из строя, это приведет к тому, что второе сердце будет напрягаться, чтобы стать сильнее, если первое выйдет из строя. Это приведет (скорее всего) к интенсивным физическим тренировкам после первой неудачи. На ум приходят два решения (о которых еще не говорилось);

1. Клапанные сердца — вместо того, чтобы запускать оба одновременно, запускайте одно в одно время и другое, если первое терпит неудачу. Это могло бы произойти, если бы сердце было ближе к коже и, как следствие, было бы более вероятно, что оно будет повреждено. Это может быть связано с тем, что в организме меньше костей из-за меньшего доступа к кальцию, что делает кости более «дорогими».
2. Тяжелая кровь — может быть, у вашего существа очень богатая железом кровь, что делает глупым иметь одно сердце, поскольку оно всегда будет под нагрузкой. Другая альтернатива заключается в том, что гравитация (или давление, если под водой) очень высока, и по той же причине применяется больше сердец. Конечно, некоторые могут возразить, что сделать сердце более сильным более вероятно. На это я говорю, что, поскольку эволюция основана на случайных мутациях, доказывающих свою выгоду, два сердца были бы предпочтительнее одного сильного сердца.

При необходимости мы могли бы разделить работу по фильтрации крови на два сердца, как мы это делаем с легкими и почками. В этом случае может даже случиться так, что мы можем пожертвовать одно из сердец, если сможем выжить на другом (мы можем пожертвовать одну почку, если они в добром здравии, и одной почки достаточно, чтобы прокормить нас). Но поскольку это гипотетический сценарий, это будет предположение.

Говорят, что у динозавров было восемь сердец. Это может быть связано с их огромными размерами и длинной шеей, поэтому потребуются дополнительные сердца, чтобы перекачивать кровь к голове. Может быть, через несколько сотен тысяч лет, если бы людям понадобились длинные тела или что-то в этом роде, у нас могли бы развиться дополнительные сердца.

Если можно утверждать, что у людей два сердца (из-за четырех долей), то примером, по существу, шести сердец у млекопитающего размером с человека является лошадь.

Теперь это НЕ гуманоид, но те же требования, которые требуют, чтобы у него были лягушки в ногах, могут способствовать развитию сердца нижних конечностей у двуногих существ. На самом деле, даже немного удивительно, что, когда мы стали двуногими, у нас НЕ развилось нечто подобное — вместо этого нам пришлось разработать значительно улучшенные структуры кровоснабжения мозга, чтобы предотвратить затемнение, когда мы встаем, и это до сих пор проблема. для многих из нас. Мне кажется, это одна из многих мелочей, которая несколько поддерживает гипотезу о водных обезьянах.

Короче говоря; да, дополнительные сердца или сжимаемые камеры вокруг тела, либо механически управляемые (в подошве стопы или задней части колена), чтобы автоматически вызвать движение, толкающее кровь по телу, кажется, что это определенно было бы преимуществом для любого двуногого человека с большим мозгом, который приходилось переключаться между длительными периодами лежания ничком и периодами быстрого бега.

А еще мозги. Затемнять неудобно. Отдельная камера или целое сердце, предназначенное исключительно для подачи крови к мозгу, кажется, было бы полезно везде, где кровяное давление на голову часто значительно меняется, будь то изменение положения (стоять / лежать), ускорение или травма.

Таким образом, вы можете возразить, что у рас воинов клингонского типа мозг, вероятно, будет защищен очень толстым черепом и в значительной степени изолированным кровоснабжением, чтобы дольше выживать в бою; как могли бы летающие двуногие, которые тянут большие перегрузки.

У одного из моих фантастических существ два сердца. Дополнительный активен только во время боя или бегства, поэтому в мозг отправляется дополнительный кислород. Это существо также обладает высокой регенеративной способностью, поэтому резервное сердце можно использовать, пока другое восстанавливается.

Вот что я придумал

* Единственный способ, которым это могло бы быть полезным, - это сделать их чередующимися. Это сделало бы их похожими на почки, как если бы вы потеряли одну, другая могла бы взять на себя ответственность. Это, однако, вызовет некоторую нагрузку на сердце, я бы сказал, что вы потеряли одно, так как оставшемуся сердцу потребуется время, чтобы набраться сил, чтобы выполнить двойную первоначальную работу. Однако у ваших инопланетных спортсменов также есть больший потенциал. Это также объясняет, как Dr.Who может так хорошо бегать!

* Работать одновременно с одинаковой силой было бы очень опасно. Просто поищите "почему головы жирафов не взрываются".

Изменить: благодаря Майклу я тоже придумал это. Вы могли бы заставить оба работать одновременно, но они были бы очень слабыми. Если они были слишком сильны, то происходит голова жирафа. Если бы они были слабы, не было бы смысла иметь два сердца. Как если вы проиграете на е вы умрете. Так что делайте их достаточно слабыми, чтобы доставить вам небольшие проблемы, если вы потеряете один, но не настолько сильными, чтобы ваша голова взорвалась.