У большинства позвоночных кровь красная благодаря гемоглобину — белку, который переносит кислород и содержит железо. Однако в животном мире встречаются и другие варианты: у мечехвостов кровь голубая, у некоторых морских беспозвоночных — фиолетовая, а у новогвинейских ящериц — зелёная. У антарктических рыб из семейства белокровных рыб кровь и вовсе молочно-белая. Разнообразие её оттенков объясняется особенностями химии и эволюции.

Красный цвет нашей крови зависит от гемоглобина, содержащегося в эритроцитах. Атомы железа в его составе связывают кислород, позволяя доставлять его к тканям. Когда гемоглобин насыщен кислородом, кровь приобретает ярко-красный оттенок, а при снижении насыщения становится более тёмной, буровато-красной.

Но далеко не все животные используют этот белок. У осьминогов, кальмаров и многих ракообразных кислород переносит гемоцианин. Вместо железа он содержит медь, которая при связывании с кислородом приобретает голубой оттенок. Поэтому кровь мечехвостов, креветок и крабов может выглядеть синей. Гемоцианин уступает гемоглобину по эффективности связывания кислорода, зато хорошо работает при низких температурах, характерных для глубоководных местообитаний. Кроме того, у некоторых животных этот белок участвует в иммунной защите и заживлении ран.

Фиолетовая кровь встречается у других морских беспозвоночных, в том числе у брахиопод и морских червей-арахисов. Её окрашивает гемэритрин — железосодержащий белок, который также переносит кислород, но устроен иначе, чем гемоглобин. Таким образом, похожую задачу разные группы животных решают с помощью разных молекулярных механизмов.

Ещё необычнее выглядит кровь некоторых асцидий — морских животных с мягким, мешковидным телом. Она может иметь зеленовато-жёлтый оттенок. Учёные пока не пришли к единому мнению о его происхождении. Одна из гипотез связывает окраску с ванадием, который асцидии накапливают в крови. Согласно другой, цвет может зависеть от каротиноидов — пигментов, образующихся при переработке пищи, в частности морского фитопланктона.

Зелёная кровь встречается и у некоторых ящериц Новой Гвинеи. В отличие от многих других животных с необычной окраской крови, они используют гемоглобин для переноса кислорода. Однако при его распаде образуется биливердин — зелёный пигмент, который у большинства позвоночных далее преобразуется в другие вещества. У этих ящериц биливердин накапливается в крови и тканях в столь высокой концентрации, что его окраска перекрывает красный цвет гемоглобина. У людей тот же пигмент при повышенном содержании может придавать коже желтовато-зелёный оттенок, например при некоторых нарушениях обмена желчных пигментов (желтухе).

Самый необычный случай — антарктические белокровные рыбы из семейства Channichthyidae. Это единственные известные позвоночные, у которых отсутствуют и гемоглобин, и красные кровяные клетки (эритроциты). Их кровь выглядит полупрозрачной и молочно-белой. Вместо того чтобы связывать кислород специальным белком, рыбы используют кислород, непосредственно растворённый в плазме.

Такая система работает благодаря особенностям их организма и среды обитания. У белокровных рыб относительно крупные сердца и широкая сеть капилляров, позволяющие прокачивать большие объёмы крови. Кроме того, они живут в холодных водах Южного океана, где кислород хорошо растворяется в воде. Эти рыбы часто охотятся из засады и тратят сравнительно мало энергии, поэтому их потребность в кислороде ниже, чем у активно плавающих хищников.

Почему в ходе эволюции они утратили гемоглобин, пока неясно. Исследования геномов показали, что у этих рыб исчезли гены, необходимые для его производства, но последовательность событий остаётся загадкой: учёные не знают, что произошло раньше — утрата эритроцитов или самого гемоглобина. Одна из гипотез предполагает, что в богатых кислородом холодных водах Антарктики этот белок постепенно утратил свою прежнюю значимость.

Эволюция крови приспосабливалась не только к холоду, но и к недостатку кислорода. Например, оленьковые мыши способны жить на высоте около 4300 метров над уровнем моря, где многие люди испытывают симптомы горной болезни. Их гемоглобин особенно прочно связывает кислород, что помогает захватывать его из разреженного воздуха. Похожие изменения обнаружены у андских колибри и некоторых высокогорных чернопятнистых лягушек.

Однако у такой адаптации есть и обратная сторона: если гемоглобин слишком прочно удерживает кислород, тканям становится труднее его получать. Оленьковые мыши компенсируют это повышенным содержанием митохондрий в мышечных волокнах, способных использовать поступивший кислород для выработки энергии.

Различия в составе крови важны не только для понимания эволюции. Исследования механизмов, позволяющих животным обходиться без гемоглобина или эффективнее использовать кислород на большой высоте, могут помочь в поиске новых способов лечения заболеваний, связанных с гипоксией. Например, особенности гемоглобина высокогорных мышей могут подсказать подходы к терапии хронических болезней лёгких, а изучение белокровных рыб — дать новые идеи для исследований анемии.

Разнообразие оттенков крови показывает, насколько разными способами эволюция может решать одну и ту же задачу. То, что у человека обеспечивается красным гемоглобином, у других животных достигается с помощью медьсодержащих белков, необычных пигментов или даже обходится без специального переносчика кислорода.