Cu sute de milioane de ani în urmă, strămoșii oamenilor foarte, foarte îndepărtați - și ai tuturor animalelor terestre cu coloane vertebrale și patru membre - aveau această capacitate de respirație a apei, dar s-a pierdut după ce primele creaturi de respirație a aerului au început să trăiască pe pământ timp complet. . Astăzi, oamenii pot să respire doar în apă folosind echipamente speciale - sau în filme precum „Aquaman” (Warner Bros. Pictures), despre personaje de benzi desenate cu abilități unice subacvatice.
Cartea de benzi desenate explică modul în care Aquaman hibrid pe jumătate umană, jumătate atlanteană (Jason Momoa) și toate verișorii săi din Atlantean cu aspect uman pot respira în adâncurile oceanului - sunt menționate „branhii”, deși nu sunt vizibile, iar specificul este lăsat imaginației privitorului. Dar cât de exact respiră viețuitoarele din lumea reală în mediile lor apoase?
Așa cum se întâmplă, există o mulțime de oxigen dizolvat în majoritatea mărilor, lacurilor și râurilor planetei, deși plămânii noștri care respiră pur și simplu nu o pot prelucra. Dar locuitorii de apă din lume au evoluat alte câteva metode pentru accesarea oxigenului în apă, au spus specialiștii Live Science.
O tehnică străveche
Unele animale precum meduzele absorb oxigenul din apă direct prin pielea lor. O cavitate gastrovasculară în interiorul corpului lor servește un dublu scop: digerarea alimentelor și mutarea oxigenului și dioxidului de carbon în jurul valorii, Rebecca Helm, profesor asistent la Universitatea din Carolina de Nord, Asheville, a declarat la Live Science.
De fapt, primele forme de viață microbiană ale Pământului care au folosit oxigenul l-au obținut la fel ca și jeleurile - prin difuzie. Această formă de respirație a apărut probabil în urmă cu aproximativ 2,8 miliarde de ani, „cândva după ce cianobacteriile au început să pompeze oxigenul în atmosferă”, potrivit omului de știință oceanic Juli Berwald, autorul „Spineless: The Science of Medelly and the Art of Growing a Backbone” (Riverhead Cărți, 2017).
"Deoarece au doar un strat de celule exterioare și un strat de celule interioare, iar interiorul lor este jeleu și nu au celule, nu au nevoie de atât oxigen ca animalele care au țesuturi reale în interior", a spus Berwald pentru Live Science în un email.
Cu toate acestea, există și dezavantajele „respirației” prin difuzie.
"Este mult mai lent decât să folosești un sistem circulator pentru a aduce oxigenul la distanțe mari ale corpului. Asta înseamnă probabil că există o limită la cum poate crește meduzele mari", a adăugat Berwald.
Metoda cu ușile din spate
Respirația prin difuzia oxigenului pe suprafața corpului se găsește și în echinodermele - un grup de animale marine care include stele de mare, stele de mare, arici de mare și castraveți de mare.
Stelele de mare absorb oxigenul pe măsură ce apa curge peste denivelările pielii lor numite papulae și prin caneluri în alte structuri numite picioare de tub, a spus zoologul nevertebrat Christopher Mah, cercetător la Muzeul Național de Istorie Naturală Smithsonian din Washington, D.C., a declarat pentru Live Science.
Unele tipuri de castraveți de mare adâncime au, totuși, un alt tip de adaptare specializată pentru respirație: o structură respiratorie „arbore” situată în cavitatea corpului în apropierea anusului. Pe măsură ce deschiderea rectală a castravetei aspiră apă în corpul său, arborele respirator extrage oxigen și expulzează dioxidul de carbon.
"I se inspiră literalmente din fund", a spus Mah.
Un „model de bază”
La pește, branhioanele s-au dovedit a fi un sistem de succes pentru respirație, folosind o rețea de vase de sânge pentru a atrage oxigenul din apa care curge și a-l difuza prin membranele branhiale, potrivit Centrului de Știință pentru Pescuit din Nord-Est.
În ceea ce privește majoritatea peștilor, branhialele au „același model de bază”, a declarat pentru Știință Live Solomon David, profesor asistent la Departamentul de Științe Biologice de la Nicholls State University din Louisiana.
„Sunt făcuți să aibă acest schimb de gaz contracurent - să scoată oxigen și să elibereze deșeuri”, a spus David. Când peștele își gâse gura, creează un curent de apă care le curge peste branhii. Țesutul roșiatic, puternic vascularizat aspiră oxigenul și expulzează dioxidul de carbon, „un fel de capilare asemănătoare în alveolele noastre”, a spus el.
Cu toate acestea, branhiile nu sunt exact unice. Structura lor poate varia între specii pentru a se potrivi nevoilor lor de oxigen, potrivit lui David. Brânzile unui ton înot rapid, de exemplu, vor varia oarecum de cele ale unui pește care este un prădător mincinos și de așteptare, cum ar fi un garou aligator.
„Dacă sunteți un prădător activ care este în continuă tot timpul, veți avea branhii diferite pentru necesitățile mai mari de oxigen”, a spus David.
Forma branhială poate varia chiar și între indivizi din aceeași specie, în funcție de condițiile de oxigen din apa în care trăiesc, a adăugat el. Studiile au arătat că peștele își poate adapta morfologia branhială atunci când habitatul lor apos devine poluat; în timp, filamentele lor branhiale devin mai condensate, pentru a rezista contaminanților din apă.
Unii amfibieni acvatici au, de asemenea, branhii - structuri de ramificare care se extind spre exterior din cap. Aceasta este o trăsătură larvară în amfibieni care dispare pe măsură ce majoritatea speciilor se maturizează, dar salamandrele acvatice precum sirenele păstrează aceste branhii externe la vârsta adultă, a declarat pentru Live Science în Kirsten Hecht, un ecolog acvatic cu Școala de Resurse Naturale și Mediu din cadrul Universității din Florida. un email.
Peștele de plămân - un grup de pești care respiră aer, precum și apa folosind o vezică de înot modificată - au, de asemenea, branhii externe când sunt mici, „dar aproape toate speciile de pești pulmonari îi pierd înainte de a ajunge la vârsta adultă”, a spus Hecht.
Articolul original pe Știința în direct.
