Satoja miljoonia vuosia sitten ihmisillä - ja kaikilla selkärangoilla ja neljällä raajalla olevilla maaeläimillä - hyvin, hyvin etäisillä esi-isillä oli tämä veden hengityskyky, mutta se katosi sen jälkeen kun ensimmäiset ilmaa hengittävät olennot alkoivat asua maalla kokopäiväisesti . Nykyään ihmiset voivat hengittää vettä vain erikoisvälineillä - tai elokuvissa, kuten "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), sarjakuvahahmoista, joilla on ainutlaatuiset vedenalaiset kyvyt.
Sarjakuvalehden oppilaitokset selittävät, kuinka elokuvan puoliksi ihminen, puoliksi Atlanttilainen hybridi Aquaman (Jason Momoa) ja kaikki hänen ihmisen näköiset Atlantin serkkunat voivat hengittää valtameren syvyyksissä - "kidukset" mainitaan, vaikka niitä ei olekaan nähtävissä, ja tarkennukset jätetään katsojan mielikuvituksen varaan. Mutta kuinka oikean elämän olennot tarkalleen hengittävät vetisessä ympäristössään?
Kuten tapahtuu, useimmissa planeetan merissä, järvissä ja joissa on runsaasti liuennut happea, vaikka ilmahengitysteemme eivät yksinkertaisesti pysty käsittelemään sitä. Mutta maailman veden asukkaat ovat kehittäneet useita muita menetelmiä hapen saamiseksi veteen, asiantuntijat kertoivat Live Science: lle.
Muinainen tekniikka
Jotkut eläimet, kuten meduusat, imevät veden happea suoraan ihonsa kautta. Kehonsa sisällä oleva verisuonisto on kaksikäyttöinen: ruuansulatus ja happea ja hiilidioksidia liikutetaan, Ashevillen Pohjois-Carolinan yliopiston apulaisprofessori Rebecca Helm kertoi Live Science: lle.
Itse asiassa Maan varhaisimmat muodot mikrobielämästä, jotka käyttivät happea, saivat sen samalla tavalla kuin hyytelöt - diffuusion kautta. Tämä hengitysmuoto ilmestyi todennäköisesti noin 2,8 miljardia vuotta sitten, "joskus sen jälkeen, kun sinileväbakteerit alkoivat pumppaa happea ilmakehään", meritieteilijä Juli Berwald, kirjoittanut teoksen "Selkäosa: Meduusan tiede ja selkärangan kasvatustiede" (Riverhead) kirjoittanut Juli Berwald. Kirjat, 2017).
"Koska heillä on vain ulkoinen solukerros ja sisäinen solukerros ja niiden sisäpinnat ovat hyytelöitä eikä niissä ole soluja, he eivät tarvitse niin paljon happea kuin eläimet, joiden sisäpuolella on todellisia kudoksia", Berwald kertoi Live Science: lle sähköposti.
Diffuusion kautta tapahtuvalla "hengityksellä" on kuitenkin myös haittoja.
"Se on paljon hitaampaa kuin verenkiertoelimen käyttäminen hapen tuomiseen kehon ulottuville. Se tarkoittaa todennäköisesti sitä, että iso meduusat voivat kasvaa", Berwald lisäsi.
Takaoven menetelmä
Hengittämistä hapen diffuusion kautta kehon pinnalle löytyy myös piikkinahkaisista - merieläinryhmästä, johon kuuluvat meritähti, meritähdet, merisiilit ja merikurkit.
Meritähdet absorboivat happea, kun vesi virtaa ihon läpi kohoumien, joita kutsutaan papulaeiksi, ja urien läpi muissa rakenteissa, joita kutsutaan putkijaloiksi, selkärangaton eläintieteilijä Christopher Mah, tutkija Smithsonianin kansallisessa luonnonhistoriallisessa museossa Washingtonissa, DC, kertoi Live Science: lle.
Joillakin matalan veden merikurkkutyypeillä on kuitenkin erityyppinen erikoistunut sopeutuminen hengitykseen: hengityselimen "puurakenne", joka sijaitsee kehon ontelossa peräaukon lähellä. Kun kurkun peräsuolen aukko imee vettä kehostaan, hengityspuu poistaa happea ja karkottaa hiilidioksidin.
"Se hengittää kirjaimellisesti perseestä", Mah sanoi.
"Perussuunnitelma"
Kaloissa kiiltoaineet ovat osoittautuneet menestyväksi hengitysjärjestelmäksi, jossa verisuoniverkosto käyttää happea vetämään virtaavaa vettä ja levittämään sitä kiiltokalvojen läpi Koillis-kalatalouden tiedekeskuksen mukaan.
Suurimmalla osalla kaloista kotoisilla vyöhykkeillä on "sama perussuunnitelma", Louisianan Nichollsin osavaltion yliopiston biologisten tieteiden laitoksen apulaisprofessori Solomon David kertoi Live Science: lle.
"Heille tehdään tämä vastavirtainen kaasunvaihto - vedä happi pois ja vapauta jätteet", David sanoi. Kun kalat suistavat suuhunsa, ne luovat virtauksen vedestä, joka virtaa niiden kiteiden yli. Punertava, erittäin vaskularisoitunut kudos imee happea pois ja poistaa hiilidioksidin, "sellainen kuin kapillaarit alveoleissamme", hän sanoi.
Verkot eivät kuitenkaan ole täysin yhdenmukaisia. Davidin mukaan niiden rakenne voi vaihdella lajeittain hapen tarpeiden mukaan. Esimerkiksi nopeasti uivan tonnikalan kisot vaihtelevat jonkin verran kaloista, jotka ovat valheita ja odottavat petoeläimiä, kuten alligaattorin gar.
"Jos olet aktiivinen saalistaja, joka on jatkuvasti liikkeellä, sinulla on erilaiset kidukset korkeammille hapenkulutuksille", David sanoi.
Kärjen muoto voi jopa vaihdella samojen lajien yksilöiden välillä veden happitilanteesta riippuen, jossa he asuvat, hän lisäsi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kalat voivat mukauttaa kärkimorfologiaansa, kun niiden vesinen elinympäristö saastuu; ajan myötä niiden kietohihnat tiivistyvät kestämään vedessä olevia epäpuhtauksia.
Joillakin vesieliöllisillä sammakkoeläimillä on myös kidukset - haarautuvat rakenteet, jotka ulottuvat päästään ulospäin. Tämä on sammakkoeläinten toukkapiirre, joka katoaa, kun suurin osa lajeista kypsyy, mutta sireenien kaltaiset vesisalamandit pitävät nämä ulkoiset kudokset aikuisuuteen, Floridan yliopiston luonnonvarojen ja ympäristön koulun vesiekologi Kirsten Hecht kertoi Live Science in sähköposti.
Keuhkokalailla - ryhmällä kaloja, jotka hengittävät ilmaa ja vettä modifioidun uimarakon avulla - on myös ulkoisia kotoisia, kun ne ovat nuoria ", mutta melkein kaikki keuhkokalalajit menettävät ne ennen kuin ovat täysi-ikäisiä", Hecht sanoi.
Alkuperäinen artikkeli aiheesta Elävä tiede.
