Több száz millió évvel ezelőtt az emberek - és minden gerincvel és négy végtaggal rendelkező szárazföldi állatok - nagyon, nagyon távoli ősei rendelkeztek ezzel a víz-lélegző képességgel, de elvesztette azt követően, hogy az első, a levegőt lélegző lények teljes munkaidőben a földön éltek . Manapság az emberek csak speciális felszerelésekkel képesek lélegezni a vízben - vagy olyan filmekben, mint például az "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), egyedülálló víz alatti képességekkel rendelkező képregényfigurákról.
A képregény tanulmánya elmagyarázza, hogy a film félig emberi, félig atlantiszi hibrid Aquaman (Jason Momoa) és minden emberi kinézetű atlantai unokatestvére képes lélegezni az óceán mélyén - "kopoltyúkat" említik, bár nem láthatók, és a sajátosságokat a néző képzeletére hagyják. De hogyan pontosan lélegeznek a való világbeli lények vizes környezetükben?
Amint ez történik, a bolygó legtöbb tengerében, tavakban és folyókban rengeteg oldott oxigén található, bár a levegőt légző tüdeink egyszerűen nem tudják feldolgozni. A világ víztulajdonosai azonban más módszereket fejlesztettek ki a vízben lévő oxigén elérésére - mondta a szakértők a Live Science szakemberei számára.
Ősi technika
Egyes állatok, mint például a medúza, közvetlenül a bőrükön keresztül szívják fel a vízben lévő oxigént. A testükben levő gyomor-érrendszer kettős célt szolgál: élelmiszerek emésztése, oxigén és szén-dioxid mozgatása körül - mondta Rebecca Helm, az Asheville-i észak-karolinai egyetemi adjunktus, a Live Science-nek.
Valójában a Föld mikrobiális életének legkorábbi formái, amelyek oxigént használtak, ugyanúgy kapják meg, mint a zselé - diffúzió útján. Ez a légzési forma valószínűleg körülbelül 2,8 milliárd évvel ezelőtt jelent meg, "valamikor azután, hogy a cianobaktériumok elkezdték az oxigént pumpálni a légkörbe" - mondta Juli Berwald óceántudós, a "Spineless: A medúza tudománya és a gerincnövelés művészete" (Riverhead) szerzője. Könyvek, 2017).
"Mivel csak külső sejtréteggel és belső sejtréteggel rendelkeznek, belső részük zselés és nem tartalmaz sejteket, nincs szükségük annyira oxigénre, mint az állatoknak, amelyek belső szövete belső" - mondta Berwald a Live Science in egy e-mail.
Ugyanakkor vannak hátrányai a diffúzió révén történő "légzésnek" is.
"Sokkal lassabb, mint ha egy keringési rendszert használunk az oxigén eljuttatásához a test távoli részeire. Ez valószínűleg azt jelenti, hogy korlátozott a medúza növekedése" - tette hozzá Berwald.
Hátsó ajtó módszer
A testfelületen az oxigén diffúzió útján történő légzés az tüskésbőrűekben is megtalálható - egy tengeri állatok csoportjában, amely magában foglalja a tengeri csillagot, a tengeri csillagokat, a tengeri sün és az uborka.
A tengeri csillagok abszorbeálják az oxigént, amikor a víz áramlik a bőrükön, a papulae néven, és más csöveknek nevezett struktúrák barázdáin keresztül. A gerinctelen zoológus Christopher Mah, a washingtoni Smithsonian Nemzeti Természettudományi Múzeum kutatója elmondta a Live Science-nek.
Egyes sekély vízű tengeri uborkáknak azonban másfajta speciális adaptációja van a légzéshez: a test üregében a végbélnyílás közelében elhelyezkedő légző „fa” szerkezet. Mivel az uborka végbélnyílása vízbe szívja a testét, a légző fa kivonja az oxigént és kiszorítja a szén-dioxidot.
"Szó szerint kilégzik a seggéből" - mondta Mah.
"Alapvető terv"
A halakban a kopoltyúk sikeres légzőrendszernek bizonyultak, mivel az érrendszer segítségével az áramló vízből oxigént nyernek és a kopoltyúmembránokon keresztül diffundálják - állítja a Northeast Halászati Tudományos Központ.
A legtöbb hal esetében a kopoltyúk "ugyanazon alapvető tervvel rendelkeznek" - mondta a Live Sciencenek Solomon David, a Louisiana Nicholls Állami Egyetem Biológiai Tudományok Tanszékének adjunktusa.
"Az ellenáramú gázcserére van szükségük - húzza ki az oxigént és engedje el a hulladékot" - mondta David. Amikor a halak szájaikat kapaszkodnak, víz áramlást idéz elő a kopoltyúkon. A vöröses, erősen vaszkuláris szövetek kiszívják az oxigént és kiürítik a szén-dioxidot, "hasonlóan a kapillárisokhoz az alveolusokban" - mondta.
A kopoltyúk azonban nem pontosan egyezik meg. Szerkezetük fajokonként változhat, az oxigénszükségletüknek megfelelően, David szerint. Például a gyors úszású tonhal kopoltyúja kissé eltér a halakétól, amelyek hazugság és várakozás ragadozó, például egy aligátor garázs.
"Ha aktív ragadozó vagy, aki folyamatosan útközben van, akkor különböző kopoltyúk lesznek a magasabb oxigénigény érdekében" - mondta David.
A kopoltyú alakja ugyanazon faj egyedeinél is változhat, attól függően, hogy milyen víz oxigénviszonyai vannak az életben, tette hozzá. Tanulmányok kimutatták, hogy a halak alkalmazkodni tudnak kopoltyú morfológiájukhoz, amikor vizes élőhelyük szennyeződik; az idő múlásával kopoltyúszálak kondenzálódnak, hogy ellenálljanak a vízben lévő szennyező anyagoknak.
Egyes vízi kétéltűeknek kopoltyúk is vannak, amelyek fejükből kifelé haladnak. Ez a kétéltűek lárvája, amely eltűnik, mivel a legtöbb faj érett, de a vízi szalamandrák, mint például a szirénák, felnőttkorban megtartják ezeket a külső kopoltyúkat - jelentette ki Kirsten Hecht, a floridai egyetem Természeti Erőforrások és Környezetvédelmi Iskolájának vízi ökológusa a Live Science in egy e-mail.
A tüdőhalaknak - a levegőt és a vizet lélegző, módosított úszóhólyag segítségével lélegző halcsoportnak - még fiatalkorukban is vannak külső kopoltyúk, "de szinte minden tüdőhalfaj elveszíti őket a felnőttkor elérése előtt" - mondta Hecht.
Eredeti cikk a Élő tudomány.
