Сотні мільйонів років тому дуже-дуже далекі предки людей - і всіх сухопутних тварин із хребтами та чотирма кінцівками - мали цю здатність дихати водою, але вона була втрачена після того, як перші повітряні дихаючі істоти почали жити на суші повний час . Сьогодні люди можуть дихати водою лише за допомогою спеціального обладнання - або у фільмах на кшталт "Акваман" (Warner Bros. Pictures), про героїв коміксів з унікальними підводними здібностями.
Різновиди коміксів пояснюють, як напівлюд, напіватлантичний гібрид Акваману (Джейсон Момоа) та всі його погляди на атлантських поглядів людини можуть дихати в глибинах океану - згадуються «зябра», хоча вони не видно, а специфіка залишається за уявою глядача. Але як саме істоти реального світу дихають у своїх водяних середовищах?
Як це буває, у більшості морів, озер і річок планети є багато розчиненого кисню, хоча наші легені, що дихають повітрям, просто не можуть це переробити. Але жителі води у світі розробили кілька інших методів доступу до кисню у воді, розповіли експерти Live Science.
Стародавня техніка
Деякі тварини, такі як медузи, поглинають кисень у воді безпосередньо через свою шкіру. Шлунково-судинна порожнина всередині їхніх тіл служить подвійною метою: перетравлення їжі та переміщення кисню та вуглекислого газу навколо, розповіла Ревекка Хелм, доцент з Університету Північної Кароліни Ешвілл.
Насправді, найдавніші форми життя мікробів на Землі, які використовували кисень, отримували його так само, як це роблять желе - шляхом дифузії. Ця форма дихання, ймовірно, з'явилася приблизно 2,8 мільярда років тому, "колись після того, як ціанобактерії почали викачувати кисень в атмосферу", за словами океанічного вченого Джулі Бервальда, автора книги "Безхребетна: Наука про медуз та мистецтво вирощування хребта" (Riverheadhead Книги, 2017).
"Оскільки у них є лише зовнішній клітинний шар і внутрішній клітинний шар, а їх нутрощі - желе і не мають клітин, їм не потрібно стільки кисню, як тваринам, які мають внутрішні тканини зсередини", - сказав Бервальд Live Science в E-mail.
Однак є і недоліки «дихання» шляхом дифузії.
"Це набагато повільніше, ніж використання системи кровообігу для доставки кисню в далекі місця тіла. Це, ймовірно, означає, що існує обмеження в тому, наскільки великі медузи можуть рости", - додав Бервальд.
Задній дверний метод
Дихання через дифузію кисню над поверхнею тіла також зустрічається у ехінодерм - групи морських тварин, до складу яких входять морські зірки, морські зірки, морські їжаки та морські огірки.
Морські зірки поглинають кисень, коли вода протікає через шишки на їхній шкірі, які називаються папулами, і через канавки в інших структурах, які називаються трубними ніжками, розповів зоолог безхребетних Крістофер Мах, науковий співробітник Смітсонівського національного природничого музею у Вашингтоні, округ Колумбія.
Однак деякі типи мілководних морських огірків мають різний тип спеціалізованої адаптації для дихання: дихальна «деревна» структура, розташована в порожнині тіла біля заднього проходу. Коли ректальне отвір огірка всмоктує воду в своє тіло, дихальне дерево видобуває кисень і виводить вуглекислий газ.
"Він буквально дихає з дупи", - сказав Мах.
"Основний план"
У рибі зябра виявилися успішною системою для дихання, використовуючи мережу кровоносних судин, щоб забирати кисень з проточної води та дифундувати її через зяброві мембрани, повідомляє Північно-східний науковий центр рибного господарства.
У більшості риб зябра мають "той самий основний план", - розповів Live Science доцент Соломон Девід, доцент кафедри біологічних наук Державного університету Ніколса в Луїзіані.
"Вони створені для того, щоб обмінятись газом противотоком - витягнути кисень і випустити відходи", - сказав Девід. Коли риба закриває рот, вони створюють струм води, що протікає по їхніх зябрах. Рудувата, сильно васкуляризована тканина висмоктує кисень і виганяє вуглекислий газ, «як капіляри в наших альвеолах», - сказав він.
Однак, зябра не зовсім однакові. За словами Девіда, їх структура може змінюватись між різними видами відповідно до їх потреб у кисні. Наприклад, зябра тунця, що швидко плаває, дещо відрізнятиметься від риби, яка хижака, як хижак, наприклад, алігатор.
"Якщо ви активний хижак, який весь час у дорозі, у вас будуть різні зябра для більш високих потреб у кисні", - сказав Девід.
Форма зябра може навіть змінюватися між особинами одного виду, залежно від кисневих умов у воді, де вони мешкають, додав він. Дослідження показали, що риби можуть адаптувати свою зяброву морфологію, коли їх водяна середовище забруднюється; з часом їх зяброві нитки стають більш конденсованими, щоб протистояти забрудненням у воді.
У деяких водних земноводних також є зябра - гіллясті структури, які виходять назовні від голови. Це риса личинок у земноводних, яка зникає в міру дозрівання більшості видів, але водні саламандри, як сирени, зберігають ці зовнішні зябра в доросле життя, - розповіла Кірстен Хехт, водний еколог зі Школи природних ресурсів та довкілля Університету Флориди. E-mail.
Lungfish - група риб, які дихають повітрям, а також водою, використовуючи модифікований плавальний міхур, - також мають зовнішні зябра, коли вони молоді, "але майже всі види легенів втрачають їх до досягнення повноліття", - сказав Гехт.
Оригінальна стаття про Жива наука.
