W jaki sposób zwierzęta oddychają pod wodą?

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

Historia komiksowa w pewnym sensie wyjaśnia, w jaki sposób pół-ludzka, pół-atlantydzka hybryda z filmu Aquaman (Jason Momoa) i wszyscy jego wyglądający na ludzi kuzyni z Atlantyku mogą oddychać w głębinach oceanu – wspomina się o “skrzelach”, choć nie są one widoczne, a szczegóły pozostawiono wyobraźni widza. Ale jak dokładnie istoty ze świata rzeczywistego oddychają w swoim wodnym środowisku?

Tak się składa, że ​​w większości mórz, jezior i rzek na naszej planecie jest mnóstwo rozpuszczonego tlenu, chociaż nasze płuca oddychające powietrzem po prostu nie są w stanie go przetworzyć. Ale mieszkańcy wód na świecie rozwinęli kilka ciekawych metod pozyskiwania tlenu z wody.

Starożytna technika

Niektóre zwierzęta, takie jak meduzy, pochłaniają tlen z wody bezpośrednio przez skórę. Jama żołądkowo-naczyniowa w ich ciałach służy dwóm celom: trawieniu pokarmu oraz transportowaniu tlenu i dwutlenku węgla, jak sugeruje Rebecca Helm, adiunkt na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Asheville.

W rzeczywistości najwcześniejsze formy życia na Ziemi, które wykorzystywały tlen, uzyskiwały go w taki sam sposób jak meduzy – 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”, powiedziała Julia Berwald, autorka książki “Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone”.

“Ponieważ mają tylko zewnętrzną i wewnętrzną warstwę komórek, a ich wnętrza są galaretowate i pozbawione komórek, nie potrzebują tyle tlenu, co inne zwierzęta, które mają w środku tkanki” – powiedziała Berwald.

Jednak “oddychanie” poprzez dyfuzję ma również swoje wady. “Jest to znacznie wolniejszy proces od używania układu krążenia do doprowadzenia tlenu do najdalszych zakątków ciała. To prawdopodobnie oznacza, że ​​istnieje ograniczenie dotyczące tego, jak duże meduzy mogą urosnąć” – dodała Berwald.

Metoda tylnych drzwi

Oddychanie poprzez dyfuzję tlenu na powierzchni ciała występuje również u szkarłupni – grupy zwierząt morskich, do której należą rozgwiazdy, jeżowce i strzykwy.

Rozgwiazdy absorbują tlen, gdy woda przepływa przez nierówności na ich skórze zwane grudkami i przez rowki w innych strukturach zwanych nóżkami ambulakralnymi – powiedział zoolog bezkręgowców Christopher Mah, badacz z Smithsonian National Museum of Natural History w Waszyngtonie.

Jednak niektóre gatunki strzykw mają inny typ specjalistycznego przystosowania do oddychania: strukturę “drzewka” oddechowego znajdującą się w jamie ciała w pobliżu odbytu. Gdy otwór odbytu strzykwy zasysa wodę do organizmu, drzewo oddechowe pobiera tlen i wydala dwutlenek węgla. “Dosłownie wydychają powietrze z tyłka”, powiedział Mah.

Podstawowy projekt

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

U większości ryb skrzela mają “ten sam podstawowy plan”, powiedział Salomon David, adiunkt na Wydziale Nauk Biologicznych Uniwersytetu Stanowego 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” – dodał.

Jednak skrzela nie są dokładnie takie same dla wszystkich zwierząt. 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, która jest drapieżnikiem typu “ukryj się i czekaj”, na przykład niszczuki krokodylej.

“Jeśli jesteś aktywnym drapieżnikiem, który jest w ciągłym ruchu, będziesz mieć inne skrzela muszące sprostać wyższym wymaganiom tlenowym” – 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 również posiadają skrzela – struktury rozgałęziające się na zewnątrz ich głów. Jest to cecha larwalna u płazów, która znika, gdy większość gatunków dojrzewa, ale na przykład ambystomy meksykańskie zachowują te zewnętrzne skrzela na całe życie, powiedziała Kirsten Hecht, ekolog wodny ze School of Natural Resources and Environment na University of Florida.

Dwudyszne – grupa ryb, które oddychają zarówno powietrzem, jak i wodą przy użyciu zmodyfikowanego pęcherza pławnego – również mają zewnętrzne skrzela, gdy są młode, “ale prawie wszystkie gatunki ryb dwudysznych tracą je przed osiągnięciem dorosłości” – powiedziała Hecht.

 

Źródła: Mindy Weisberger / Live Science | Zdjęcia: Pixabay

 

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x