Жираф имеет не только самую длинную шею из всех животных, но и самое высокое артериальное давление: в среднем 200-250 миллиметров ртутного столба, то есть вдвое больше, чем у человека. Столь высокое давление необходимо, чтобы доставить кровь к мозгу, который на два-три метра выше сердца. Это требует от сердца таких нагрузок, что его левый желудочек, проталкивающий кровь через весь организм, потребляет 16% всей энергии организма в состоянии покоя. Для сравнения, у типичного млекопитающего такого же веса, но с обычной шеей, этот показатель составил бы около 9%.
Длинная шея дает жирафу доступ к сочным и богатым белком листьям в кроне акаций, чего лишены зебры или антилопы, питающиеся травой. Но зачем жирафу столь длинные ноги? Несмотря на их длину, жираф плохой бегун. На водопое ему приходится широко расставлять ноги, чтобы наклонить голову, и он очень рискует, потому что из этой позы сложно вскочить и убежать при появлении хищника.
Палеонтологические данные показывают, что у предков жирафов сначала удлинились конечности, только потом начала вытягиваться шея. Ученые предположили, что ноги нужны жирафу, чтобы помочь сердцу. Авторы нового исследования, опубликованного в Journal of Experimental Biology, количественно оценили, как рост ног повлиял на работу сердечно-сосудистой системы жирафа.
Ученые создали математическую модель, в которой сравнили три сценария для животного весом 651 килограмма. Первая модель — это реальный жираф с длинными ногами и шеей, сердце которого расположено на высоте 1,94 метра. Расчетная энергетическая стоимость работы сердца составила 16% от общего метаболизма. Вторая модель — химера антилопы канны и жирафа с телом и короткими ногами антилопы, но с шеей, удлиненной до высоты жирафа. Для кровоснабжения мозга с таким телом потребовалось бы еще более высокое давление. Стоимость работы сердца выросла бы до 21%. И третья модель — антилопа канна с короткими ногами и шеей. Расчетная стоимость работы сердца — 8,9%.
Сравнение показывает, что длинные ноги, поднимая сердце жирафа почти на метр выше, чем у антилопы, сокращают вертикальное расстояние до мозга. Это позволяет снизить требуемое артериальное давление и снизить нагрузку на сердце. Разница между 21% и 16% означает, что благодаря длинным ногам жирафа его сердце экономит около четверти своих энергетических потребностей. Исследование также показало, что сердце не может располагаться еще выше, так как должно быть на одном уровне с легкими для поддержания низкого давления в малом круге кровообращения.
Итак, длинные ноги жирафа мешают ему пить и убегать от хищников, зато помогают сэкономить почти четверть энергии, которую тратит сердце. Именно рост ног в древности позволил предкам жирафа удлинить шею, чтобы дотягиваться до недоступной внизу пищи.