Почему у нас красная кровь

Судя по данным, приведенным в ответе на этот вопрос, гемоглобин, безусловно, является наиболее эффективным переносчиком кислорода, о котором мы знаем. Следовательно, если для вида важна эффективная оксигенация крови, тогда не будет никакого преимущества (ну, очень небольшого, см. ниже) в крови другого цвета. В лучшем случае это будет недостатком, так как вам будет немного сложнее выполнять упражнения, и вам придется дышать быстрее, чтобы получить достаточное количество кислорода в вашем теле. В худшем случае это приведет к параличу, потому что малейшее увеличение потребности организма в кислороде будет невозможно удовлетворить.

Почему другие виды не

Посмотрите на примеры видов. Моллюски , например, хотя и используют кислород, не имеют интенсивного использования, поэтому в разработке высокоэффективного носителя не было необходимости. Таким образом, развитие зависимости от постоянного приема железа было бы недостатком - нет причин для гемоглобина. Я пытался найти, есть ли какой-либо задокументированный эквивалент анемии для гемоцианина, но удивительно, что никто не исследовал случаи анемии у моллюсков, насколько они небрежны. Предположительно, форме жизни, использующей гемоцианин, все равно придется потреблять медь для создания переносчиков кислорода, но моллюскам это может быть проще, чем железо.

Почему у человека может не быть красной крови

Есть одно важное последствие нашей красной крови, которое в некоторых условиях можно считать недостатком.

Использование гемоглобина в качестве переносчика кислорода требует, чтобы вы потребляли достаточное количество железа, чтобы поддерживать его концентрацию в крови. Невыполнение этого требования приводит к резкому снижению способности крови переносить кислород, иначе известному как анемия . Таким образом, самая простая причина иметь разный цвет крови — это если прием железа не является чем-то, что вы считаете легким, и / или оксигенация не так важна для вас, как для вида.

Для людей (или других форм жизни схожей структуры со значительной потребностью в кислороде) вы могли бы теоретически представить среду, в которой железо невозможно усвоить либо из-за других физиологических изменений (по какой-то причине токсично), либо из-за отсутствия окружающей среды (отсутствие железа для усвоения). проглотить). Я нашел здесь статью , в которой подразумевалось, что гемоцианин использовался или, по крайней мере, предлагался в качестве потенциального лекарства/помощника для беременных женщин, страдающих анемией (дефицит железа очень распространен во время беременности, так как он может полностью испортить вашу способность удерживать прием пищи на низком и должном уровне). дополнительные питательные вещества, необходимые растущему плоду). Дополнительный переносчик кислорода в крови восполнял недостаток гемоглобина, достаточный для предотвращения анемии.

Теоретически мы могли бы использовать гемоцианин в наших кровотоках, если бы по какой-то причине мы не могли производить гемоглобин. Оксигенация будет только на 40% эффективнее , но есть вероятные ситуации, в которых это может быть нормально. Планета без железа и с более низкой гравитацией, например, теоретически могла бы работать — меньшая мышечная масса означает меньшее потребление кислорода.

Вы даже можете столкнуться с ситуацией конца света, когда железо по какой-то причине недоступно, и людям приходится использовать гемоцианин, чтобы выжить. Они, вероятно, все еще были бы чертовски больны (см. здесь некоторые подробности об уровне гемоглобина, наличие эквивалентного уровня 40% вызвало бы у вас серьезную анемию), но вы могли бы противостоять этому, заполнив свою систему гемоцианином, что, безусловно, дать тебе голубую кровь. Тем не менее, следует учитывать и другие интересные побочные эффекты, такие как токсичность меди / отравление металлами и окислительный стресс , которые в любом случае потенциально убьют их!

Вы можете представить себе феодальное общество, которое возникнет: влиятельные люди копят остатки железа, чтобы сохранить свое здоровье, средний класс обходится лечением, помогающим справиться с отравлением гемоцианином, крестьянский класс в основном калечит. Голубокровные неизбежно станут меньше в росте и менее сильными, поскольку их тела не смогут обеспечить кислородом большое количество мышц, что приведет к физиологическому разрыву. Может быть, через ужасно долгое время (или с небольшой научной помощью) люди со стороны гемоцианина естественным образом разовьют внутреннее производство и сродство к меди. Их больше не угнетает дефицит железа, который может изменить баланс сил...

Я могу назвать несколько причин.

Дефицит

Как упомянул @IStanley, если железа не будет в достаточных количествах в окружающей среде организма, тогда потребуется другая молекула для переноса кислорода, использующая другие ионы металлов.

Другая среда

Согласно этой диаграмме сравнения поглощения кислорода транспортной молекулой кислорода:

Различные транспортные молекулы кислорода работают с разной эффективностью в разных условиях окружающей среды.

Низкое парциальное давление кислорода

На диаграмме видно, что молекулы переноса кислорода на основе иридия (Ir - платиноподобный благородный металл) работают лучше, чем гемоглобин, при очень низких парциальных давлениях кислорода. Таким образом, в почти анаэробной среде он будет работать намного лучше, чем гемоглобин.

Различные температурные режимы

На приведенной выше диаграмме показана только изменчивость эффективности некоторых молекул переноса кислорода. Предположительно, все они различаются по эффективности в зависимости от температуры, а также от парциального давления кислорода. Таким образом, можно с уверенностью предположить, что, подобно парциальному давлению кислорода, различные транспортные молекулы кислорода станут более эффективными при более низких или более высоких температурах, чем температура человеческого тела (например, 37°C / 98,6°F).

Вывод

Все организмы будут ограничены использованием только тех элементов, которые легко доступны в окружающей среде. Хотя повсеместно железа примерно в 100 раз больше, чем кобальта, и во много раз больше, чем некоторых из этих других элементов, вы можете легко представить себе среду, в которой железо локально недоступно или менее доступно, чем эти другие ионы металлов.

Другие факторы окружающей среды также будут влиять на функцию этих молекул. Трудно сказать, основываясь на этой единственной диаграмме, но похоже, что следующие наблюдения могут быть правдой.

При низком парциальном давлении кислорода (почти анаэробная среда) кобальтодигистидин может обеспечить лучший транспорт кислорода, чем гемоглобин.

При высоком парциальном давлении кислорода молекулы на основе иридия могут работать лучше, чем гемоглобин.

При низких температурах кобоглобин может работать лучше, чем гемоглобин.

При высоких температурах, по-видимому, более эффективной становится какая-то другая молекула, транспортирующая кислород.

Некоторые ссылки из этого ответа о цветах крови содержат интересный материал для чтения по этому вопросу.