Πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, πολύ, πολύ απομακρυσμένοι πρόγονοι ανθρώπων - και όλων των χερσαίων ζώων με ραχοκοκαλιά και τέσσερα άκρα - είχαν αυτή την ικανότητα να αναπνέουν νερό, αλλά χάθηκαν αφού τα πρώτα πλάσματα που αναπνέουν αέρα άρχισαν να ζουν σε πλήρη γη . Σήμερα, οι άνθρωποι μπορούν να αναπνεύσουν μόνο με νερό χρησιμοποιώντας ειδικό εξοπλισμό - ή σε ταινίες όπως το "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), για χαρακτήρες κόμικς με μοναδικές υποβρύχιες ικανότητες.
Το είδος του κωμικού βιβλίου εξηγεί πώς ο μισός άνθρωπος, ο ημι-Ατλαντικός υβριδικός Ακουμάν (Jason Momoa) και όλοι οι ανθρωπαϊκοί ξαδέλφες του μπορούν να αναπνεύσουν στα βάθη των ωκεανών - αναφέρονται τα "βράγχια", αν και δεν είναι ορατά, και οι ιδιαιτερότητες αφήνονται στη φαντασία του θεατή. Αλλά πώς ακριβώς τα πλάσματα του πραγματικού κόσμου αναπνέουν στο υγρό τους περιβάλλον;
Όπως συμβαίνει, υπάρχουν πολλές διαλυμένες οξυγόνες στις περισσότερες θάλασσες, λίμνες και ποτάμια του πλανήτη, αν και οι πνεύμονες που αναπνέουν αέρα απλά δεν μπορούν να το επεξεργαστούν. Αλλά οι κάτοικοι του κόσμου έχουν αναπτύξει αρκετές άλλες μεθόδους για την πρόσβαση στο οξυγόνο στο νερό, οι ειδικοί είπαν στη Live Science.
Μια αρχαία τεχνική
Ορισμένα ζώα, όπως οι μέδουσες, απορροφούν το οξυγόνο στο νερό απευθείας μέσω του δέρματός τους. Μια γαστρο-αγγειακή κοιλότητα μέσα στο σώμα τους εξυπηρετεί έναν διπλό σκοπό: την πέψη τροφής και τη μετακίνηση οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα γύρω, η Rebecca Helm, βοηθός καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, Asheville, είπε στη Live Science.
Στην πραγματικότητα, οι πρώιμες μορφές μικροβιακής ζωής της Γης που χρησιμοποίησαν το οξυγόνο την έκαναν με τον ίδιο τρόπο όπως οι ζελέδες - μέσω διάχυσης. Αυτή η μορφή αναπνοής πιθανότατα εμφανίστηκε περίπου 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, "κάπου μετά την έναρξη των κυανοβακτηρίων άντληση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα", σύμφωνα με τον ωκεάνιο επιστήμονα Juli Berwald, συγγραφέα του "Spinaless: The Science of Jellyfish και της τέχνης της ανάπτυξης σπονδυλικής στήλης" Βιβλία, 2017).
«Επειδή έχουν μόνο ένα εξωτερικό στρώμα κυττάρων και ένα εσωτερικό στρώμα κυττάρων και τα εσωτερικά τους είναι ζελέ και δεν έχουν κύτταρα, δεν χρειάζονται τόσο πολύ οξυγόνο όσο τα ζώα που έχουν πραγματικούς ιστούς στο εσωτερικό», δήλωσε ο Berwald στη Live Science Ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου.
Ωστόσο, υπάρχουν επίσης μειονεκτήματα στην «αναπνοή» μέσω της διάχυσης.
"Είναι πολύ πιο αργή από το να χρησιμοποιείς ένα κυκλοφορικό σύστημα για να φέρετε οξυγόνο μακριά από το σώμα. Αυτό πιθανότατα σημαίνει ότι υπάρχει ένα όριο για το πόσο μεγάλες μέδουσες μπορούν να αναπτυχθούν", πρόσθεσε ο Berwald.
Μέθοδος πίσω πόρτας
Αναπνοή μέσω διάχυσης οξυγόνου πάνω από την επιφάνεια του σώματος βρίσκεται επίσης σε εχινόδερμα - μια ομάδα θαλάσσιων ζώων που περιλαμβάνει αστερίες, θαλάσσια αστέρια, αχινούς και αγγούρια.
Τα αστέρια της θάλασσας απορροφούν το οξυγόνο καθώς το νερό ρέει πάνω από τα χτυπήματα στο δέρμα τους που ονομάζονται παπούλια και μέσω των αυλακώσεων σε άλλες δομές που ονομάζονται πόδια των σωλήνων, ο αστρολόγος ζωολόγος Christopher Mah, ερευνητής στο Εθνικό Μουσείο Σμιθσονίας στην Ουάσιγκτον, DC.
Ωστόσο, ορισμένοι τύποι αγγουριού της θάλασσας με ρηχά νερά έχουν διαφορετικό τύπο εξειδικευμένης προσαρμογής για αναπνοή: μια αναπνευστική δομή "δέντρου" που βρίσκεται στην κοιλότητα του σώματος κοντά στον πρωκτό. Καθώς το ορθικό άνοιγμα του αγγουριού απορροφά νερό στο σώμα του, το αναπνευστικό δέντρο εξάγει οξυγόνο και αποβάλλει το διοξείδιο του άνθρακα.
"Φαίνεται κυριολεκτικά από τον κώλο του", είπε ο Mah.
Ένα "βασικό σχέδιο"
Σε ψάρια, τα βράγχια έχουν αποδειχθεί ότι είναι ένα επιτυχημένο σύστημα αναπνοής, χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο αιμοφόρων αγγείων για να αντλούν οξυγόνο από το ρέον νερό και να το διαχέουν μέσω μεμβρανών, σύμφωνα με το Βορειοανατολικό Κέντρο Επιστημών της Αλιείας.
Στα περισσότερα ψάρια, τα βράγχια έχουν "το ίδιο βασικό σχέδιο", δήλωσε στο Live Science ο Σολωμόν Ντέιβιντ, βοηθός καθηγητής στο Τμήμα Βιολογικών Επιστημών στο Nicholls State University της Λουιζιάνα.
"Είναι έτοιμοι να έχουν αυτή την ανταλλαγή αερίου με αντίθετο ρεύμα - τραβήξτε το οξυγόνο έξω και απελευθερώστε τα απόβλητα", είπε ο David. Όταν ψαρεύουν τα στόματά τους, δημιουργούν ένα ρεύμα νερού που ρέει πάνω από τα βράγχια τους. Ο κοκκινωπός, εξαιρετικά αγγειοποιημένος ιστός απορροφά το οξυγόνο και εξαλείφει το διοξείδιο του άνθρακα, "όπως τα τριχοειδή αγγεία στις κυψελίδες μας", είπε.
Ωστόσο, τα βράγχια δεν είναι ακριβώς ένα μέγεθος-ταιριάζει-όλα. Η δομή τους μπορεί να ποικίλει ανάλογα με τα είδη που ταιριάζουν στις ανάγκες τους σε οξυγόνο, σύμφωνα με τον David. Τα βράγχια ενός τόνου με γρήγορο κολύμπι, για παράδειγμα, θα ποικίλουν κάπως από εκείνα ενός ψαριού που είναι ένα αρπακτικό ψέμα, όπως ένα αλλιγάτορα gar.
"Εάν είστε ενεργός θηρευτής που είναι εν κινήσει, θα έχετε διαφορετικά βράγχια για υψηλότερες απαιτήσεις οξυγόνου", δήλωσε ο David.
Το σχήμα των βράχων μπορεί να ποικίλει ακόμη και μεταξύ ατόμων του ίδιου είδους, ανάλογα με τις συνθήκες οξυγόνου στο νερό όπου ζουν, πρόσθεσε. Μελέτες έχουν δείξει ότι τα ψάρια μπορούν να προσαρμόσουν τη μορφολογία τους κατά τη στιγμή που το υδατώδες περιβάλλον τους μολύνει. με την πάροδο του χρόνου, τα νηματοποιημένα νημάτια τους γίνονται πιο συμπυκνωμένα, για να αντισταθούν στους μολυντές στο νερό.
Ορισμένα υδρόβια αμφίβια έχουν επίσης βράγχια - διακλαδώσεις δομές που εκτείνονται προς τα έξω από τα κεφάλια τους. Πρόκειται για ένα προνυμφικό χαρακτηριστικό στα αμφίβια που εξαφανίζεται καθώς τα περισσότερα είδη ωριμάζουν, αλλά οι υδρόβιες σαλαμάνδρες όπως οι σειρήνες διατηρούν αυτά τα εξωτερικά βράγχια στην ενηλικίωση, ο Kirsten Hecht, ένας υδρόβιος οικολόγος στην Σχολή Φυσικών Πόρων και Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, Ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου.
Το Lungfish - μια ομάδα ψαριών που αναπνέουν αέρα καθώς και το νερό χρησιμοποιώντας μια τροποποιημένη κολυμβητική κύστη - έχουν επίσης εξωτερικά βράγχια όταν είναι νέοι ", αλλά σχεδόν όλα τα είδη πνεύμονα χάνουν πριν φτάσουν στην ενηλικίωση", δήλωσε ο Hecht.
Αρχικό άρθρο σχετικά με Ζωντανή επιστήμη.
