Jak zwierzęta oddychają pod wodą?

Setki milionów lat temu bardzo, bardzo odlegli przodkowie ludzi - i wszystkich zwierząt lądowych z kręgosłupami i czterema kończynami - posiadali tę zdolność oddychania wodą, ale została utracona po tym, jak pierwsze stworzenia oddychające powietrzem zaczęły żyć na lądzie w pełnym wymiarze godzin . Obecnie ludzie mogą oddychać wodą tylko przy użyciu specjalnego sprzętu - lub w filmach takich jak „Aquaman” (Warner Bros. Pictures), opowiadających o postaciach z komiksów o wyjątkowych zdolnościach podwodnych..

Historia komiksów w pewnym sensie wyjaśnia, w jaki sposób pół-ludzki, pół-atlantydzki hybryda z filmu Aquaman (Jason Momoa) i wszyscy jego przypominający ludzi kuzyni z Atlantyku mogą oddychać w głębinach oceanu - wspomina się o „skrzelach”, choć nie są one widoczne, a szczegóły pozostawiamy wyobraźni widza. Ale jak dokładnie istoty ze świata rzeczywistego oddychają w swoim wodnym środowisku? [Zdjęcia: Zobacz najsłodsze morskie stworzenia świata]

Tak się składa, że ​​w większości mórz, jezior i rzek na naszej planecie znajduje się mnóstwo rozpuszczonego tlenu, chociaż nasze płuca oddychające powietrzem po prostu nie są w stanie go przetworzyć. Jednak mieszkańcy wody na świecie rozwinęli kilka innych metod dostępu do tlenu w wodzie, powiedzieli eksperci .

Starożytna technika

Niektóre zwierzęta, takie jak meduzy, absorbują tlen z wody bezpośrednio przez skórę. Jama żołądkowo-naczyniowa w ich ciałach służy podwójnemu celowi: trawieniu pokarmu i przemieszczaniu tlenu i dwutlenku węgla, Rebecca Helm, adiunkt na University of North Carolina w Asheville, powiedziała .

W rzeczywistości najwcześniejsze formy życia drobnoustrojów na Ziemi, które wykorzystywały tlen, uzyskiwały go w taki sam sposób jak galaretki - poprzez dyfuzję. Ta forma oddychania prawdopodobnie pojawiła się około 2,8 miliarda lat temu, „jakiś czas po tym, jak sinice zaczęły pompować tlen do atmosfery”, według oceanologa Juli Berwald, autorki książki „Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone” (Riverhead Książki, 2017).

„Ponieważ mają tylko zewnętrzną warstwę komórkową i wewnętrzną warstwę komórkową, a ich wnętrza są galaretowate i nie mają komórek, nie potrzebują tyle tlenu, co zwierzęta, które mają rzeczywiste tkanki wewnątrz” - powiedział Berwald w e-mailu.

Jednak „oddychanie” poprzez dyfuzję ma również wady.

„Jest to znacznie wolniejsze niż użycie układu krążenia do doprowadzenia tlenu do najdalszych zakątków ciała. To prawdopodobnie oznacza, że ​​istnieje ograniczenie dotyczące tego, jak duże meduzy mogą rosnąć” - dodał Berwald..

Metoda tylnych drzwi

Oddychanie poprzez dyfuzję tlenu nad powierzchnią ciała występuje również u szkarłupni - grupy zwierząt morskich, do której należą rozgwiazdy, gwiazdy morskie, jeżowce i strzykwy.

Gwiazdy morskie absorbują tlen, gdy woda przepływa przez nierówności na ich skórze zwane grudkami i przez rowki w innych strukturach zwanych stopami rurowymi, powiedział bezkręgowy zoolog Christopher Mah, badacz z Smithsonian National Museum of Natural History w Waszyngtonie, D.C. .

Jednak niektóre gatunki płytkich ogórków morskich mają inny typ specjalistycznego przystosowania do oddychania: strukturę „drzewka” oddechowego znajdującą się w jamie ciała w pobliżu odbytu. Gdy otwór odbytu ogórka zasysa wodę do organizmu, drzewo oddechowe pobiera tlen i wydala dwutlenek węgla.

- Dosłownie wydycha powietrze z tyłka - powiedział Mah. [Niebezpieczeństwa w głębinach: 10 najstraszniejszych stworzeń morskich]

„Podstawowy plan”

U ryb skrzela okazały się skutecznym systemem oddychania, wykorzystującym sieć naczyń krwionośnych do pobierania tlenu z płynącej wody i rozprowadzania go przez błony skrzelowe, według Northeast Fisheries Science Center.

U większości ryb skrzela mają „ten sam podstawowy plan” - powiedział Solomon David, adiunkt z Wydziału Nauk Biologicznych na Uniwersytecie Stanowym Nichollsa w Luizjanie. .

„Zostały stworzone do tej przeciwprądowej wymiany gazu - wyciągania tlenu i uwalniania odpadów” - powiedział David. Kiedy ryby otwierają usta, tworzą strumień wody przepływający przez ich skrzela. Czerwonawa, silnie unaczyniona tkanka wysysa tlen i wydala dwutlenek węgla, „podobnie jak naczynia włosowate w naszych pęcherzykach płucnych” - powiedział.

Jednak skrzela nie są dokładnie takie same dla wszystkich. Według Davida ich struktura może się różnić w zależności od gatunku, aby dostosować się do ich potrzeb tlenowych. Na przykład skrzela szybko pływającego tuńczyka będą się nieco różnić od skrzeli ryby będącej drapieżnikiem typu „kłam i czekaj”, takiej jak gar aligator.

„Jeśli jesteś aktywnym drapieżnikiem, który jest w ciągłym ruchu, będziesz mieć różne skrzela, aby sprostać wyższemu zapotrzebowaniu na tlen” - powiedział David.

Dodał, że kształt skrzeli może się różnić nawet u osobników tego samego gatunku, w zależności od warunków tlenowych w wodzie, w której żyją. Badania wykazały, że ryby mogą dostosować morfologię skrzeli, gdy ich siedlisko wodne zostanie zanieczyszczone; z biegiem czasu ich włókna skrzelowe stają się bardziej zagęszczone, aby oprzeć się zanieczyszczeniom w wodzie.

Niektóre płazy wodne mają również skrzela - struktury rozgałęzione, które wychodzą na zewnątrz ich głów. Jest to cecha larwalna u płazów, która znika w miarę dojrzewania większości gatunków, ale salamandry wodne, takie jak syreny, zachowują te zewnętrzne skrzela do dorosłości, powiedziała Kirsten Hecht, ekolog wodny ze School of Natural Resources and Environment na University of Florida..

Lungfish - grupa ryb, które oddychają zarówno powietrzem, jak i wodą za pomocą zmodyfikowanego pęcherza pławnego - również mają zewnętrzne skrzela, gdy są młode, „ale prawie wszystkie gatunki ryb dwudysznych tracą je przed osiągnięciem dorosłości” - powiedział Hecht.

• Na zdjęciach: Spooky Deep-Sea Creatures
• Zdjęcia: Widmowa ośmiornica Dumbo tańczy na głębokim morzu
• Zdjęcia: Najdziwniejsza ryba

Oryginalny artykuł na .