Hvordan puster dyr under vann?

Hundrevis av millioner av år siden, veldig, veldig fjerne forfedre til mennesker - og av alle landdyr med ryggrad og fire lemmer - hadde denne vannpusteevnen, men den gikk tapt etter at de første luftpustende skapningene begynte å leve på land på heltid . I dag kan mennesker bare puste inn vann ved hjelp av spesialutstyr - eller i filmer som "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), om tegneseriefigurer med unike undervannsevner.

Tegneserier lore på en måte forklarer hvordan filmens halvmenneske, halvt-atlantiske hybrid Aquaman (Jason Momoa) og alle hans menneskelige utseende atlantiske søskenbarn kan puste inn havdypet - "gjeller" nevnes, selv om de ikke er synlige, og detaljene overlates til betrakterens fantasi. Men hvordan puster de virkelige verdenene i de vannholdige miljøene? [Bilder: Se verdens søteste sjødyr]

Når det skjer, er det nok av oppløst oksygen i de fleste av planetens hav, innsjøer og elver, selv om våre luftpustende lunger ganske enkelt ikke kan behandle det. Men verdens vannboere har utviklet flere andre metoder for tilgang til oksygen i vann, fortalte eksperter .

En eldgammel teknikk

Noen dyr som maneter tar opp oksygenet i vann direkte gjennom huden. Et gastrovaskulært hulrom i kroppene deres tjener et dobbelt formål: fordøye mat og flytte oksygen og karbondioksid rundt, fortalte Rebecca Helm, adjunkt ved University of North Carolina, Asheville, .

Faktisk fikk jordens tidligste former for mikrobielt liv som brukte oksygen det på samme måte som geléer - gjennom diffusjon. Denne form for respirasjon dukket sannsynligvis opp for rundt 2,8 milliarder år siden, "en gang etter at cyanobakterier begynte å pumpe oksygen i atmosfæren," ifølge havforsker Juli Berwald, forfatter av "Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone" (Riverhead Bøker, 2017).

"Fordi de bare har et ytre cellelag og et indre cellelag, og innsiden av dem er gelé og ikke har celler, trenger de ikke så mye oksygen som dyr som har reelt vev på innsiden," fortalte Berwald i en e-post.

Imidlertid er det også ulemper med å "puste" gjennom diffusjon.

"Det er mye tregere enn å bruke et sirkulasjonssystem for å bringe oksygen til langt rekkevidde av kroppen. Det betyr sannsynligvis at det er en grense for hvor store maneter kan vokse," la Berwald til.

Bakdør-metode

Puste gjennom oksygendiffusjon over kroppsoverflaten finnes også hos pigghuder - en gruppe marine dyr som inkluderer sjøstjerner, sjøstjerner, kråkeboller og sjø agurker..

Havstjerner absorberer oksygen når vann renner over humper på huden deres som kalles papulae, og gjennom riller i andre strukturer som kalles rørføtter, fortalte hvirvelløse zoolog Christopher Mah, en forsker ved Smithsonian National Museum of Natural History i Washington, D.C. .

Noen typer sjø agurker med grunt vann har imidlertid en annen type spesialisert tilpasning for å puste: en respiratorisk "tre" -struktur som ligger i kroppshulen i nærheten av anus. Når agurkens rektale åpning suger vann inn i kroppen, trekker luftveiene ut oksygen og driver ut karbondioksid.

"Den puster bokstavelig talt ut av rumpa," sa Mah. [Dangers in the Deep: 10 Scariest Sea Creatures]

En "grunnleggende blåkopi"

I fisk har gjell vist seg å være et vellykket system for åndedrett ved å bruke et nettverk av blodkar for å hente inn oksygen fra rennende vann og diffundere det gjennom gjellemembraner, ifølge Northeast Fisheries Science Center.

På tvers av de fleste fiskene har gjellene "den samme grunnleggende planen," fortalte Solomon David, adjunkt ved Institutt for biologiske vitenskaper ved Nicholls State University i Louisiana. .

"De er laget for å ha denne motstrøms utvekslingen av gass - trekke oksygen ut og slipp avfall," sa David. Når fisk limer seg i munnen, skaper de en strøm av vann som renner over gjellene. Rødt, sterkt vaskularisert vev suger ut oksygen og driver ut karbondioksid, "slags lignende kapillærer i alveolene våre," sa han.

Imidlertid er gjellene ikke akkurat en-størrelse-passer-alle. Strukturen deres kan variere mellom arter for å passe oksygenbehovet deres, ifølge David. Gjellene til et hurtig svømmende tunfisk, for eksempel, vil variere noe fra fiskene som er et løgn-og-vent rovdyr, for eksempel en alligator gar.

"Hvis du er et aktivt rovdyr som er på farten hele tiden, vil du ha forskjellige gjeller for høyere oksygenbehov," sa David.

Gjelleformen kan til og med variere mellom individer av samme art, avhengig av oksygenforholdene i vannet der de bor, la han til. Studier har vist at fisk kan tilpasse gjellemorfologien når deres vannholdige habitat blir forurenset; over tid blir gjellingsfilamentene mer kondenserte for å motstå forurensningene i vannet.

Noen vannlevende amfibier har også gjeller - forgreningsstrukturer som strekker seg utover fra hodet. Dette er en larvestrekk hos amfibier som forsvinner etter hvert som de fleste arter modnes, men vannlevende salamandere som sirener beholder disse ytre gjellene i voksen alder, fortalte Kirsten Hecht, en vannlevende økolog ved School of Natural Resources and Miljø ved University of Florida, i en e-post.

Lungfish - en gruppe fisk som puster luft og vann ved hjelp av en modifisert svømmeblære - har også ytre gjeller når de er små, "men nesten alle lungefiskearter mister dem før de når voksen alder," sa Hecht.

• I bilder: Spooky Deep-Sea Creatures
• Bilder: Ghostly Dumbo Octopus Dances In the Deep Sea
• Bilder: The Freakiest-Looking Fish

Original artikkel på .