Pirms simtiem miljonu gadu ļoti, ļoti tālu cilvēku - un visu sauszemes dzīvnieku - ar visiem mugurkauliem un četrām ekstremitātēm, senčiem bija šī ūdens elpošanas spēja, taču tā tika zaudēta pēc tam, kad pirmās gaisu elpojošās radības sāka dzīvot uz zemes pilnu darba laiku. . Mūsdienās cilvēki var elpot ūdenī tikai ar speciālu aprīkojumu vai tādās filmās kā "Aquaman" (Warner Bros. Pictures) par komiksu varoņiem ar unikālām zemūdens spējām.
Komiksu grāmata paskaidro, kā filmas puscilvēks, Atlantīdas hibrīds Akvamans (Džeisons Momoa) un visi viņa cilvēciskā izskata Atlantīdas brālēni var elpot okeāna dziļumā - tiek pieminētas "žaunas", lai arī tās nav redzamas, un specifika tiek atstāta skatītāja iztēlē. Bet kā īsti reālās pasaules radījumi elpo savā ūdeņainā vidē?
Kā tas notiek, lielākajā daļā planētas jūru, ezeru un upju ir daudz izšķīdušā skābekļa, lai gan mūsu plaušās, kas elpo, vienkārši to nespēj apstrādāt. Bet pasaules ūdens iemītnieki ir izstrādājuši vairākas citas metodes skābekļa piekļuvei ūdenī, eksperti stāstīja Live Science.
Senā tehnika
Daži dzīvnieki, piemēram, medūzas, absorbē skābekli ūdenī tieši caur ādu. Kuņģa asinsvadu dobumam viņu ķermenī ir divi mērķi: sagremot pārtiku un pārvietojot skābekli un oglekļa dioksīdu apkārt, Live Science pastāstīja Ziemeļkarolīnas Universitātes Ashevilas universitātes docente Rebeka Helma.
Faktiski Zemes agrākās mikrobu dzīvības formas, kurās tika izmantots skābeklis, to ieguva tāpat kā želejas - difūzijas ceļā. Šis elpošanas veids, iespējams, parādījās apmēram pirms 2,8 miljardiem gadu, "kādreiz pēc tam, kad zilaļģes sāka sūknēt skābekli atmosfērā", norāda okeāna zinātnieks Džūlijs Bervalds, grāmatas "Spineless: Medūzas zinātne un mugurkaula audzēšanas māksla" (Riverhead) autors. Grāmatas, 2017).
"Tā kā viņiem ir tikai ārējais šūnu slānis un iekšējais šūnu slānis, un to iekšpuses ir želejveida un tajās nav šūnu, viņiem nav nepieciešams tik daudz skābekļa kā dzīvniekiem, kuru iekšējie audi ir patiesi," Berwald stāstīja Live Science e-pasts.
Tomēr ir arī trūkumi "elpošanai" caur difūziju.
"Tas ir daudz lēnāk nekā asinsrites sistēmas izmantošana, lai skābekli nogādātu tālu ķermeņa garumā. Tas droši vien nozīmē, ka pastāv ierobežojums, cik lielas medūzas var augt," piebilda Bervalds.
Sētas durvju metode
Elpošana ar skābekļa difūzijas palīdzību pa ķermeņa virsmu ir sastopama arī adatādaiņiem - jūras dzīvnieku grupai, kurā ietilpst jūras zvaigzne, jūras zvaigznes, jūras eži un jūras gurķi.
Jūras zvaigznes absorbē skābekli, ūdenim plūstot pa izciļņiem uz viņu ādas, ko sauc par papulām, un caur rievām citās struktūrās, ko sauc par cauruļu pēdām, aģentūrai Live Science pastāstīja bezmugurkaulnieku zoologs Kristofers Mahs, kurš ir Smitsona Nacionālā dabas vēstures muzeja pārstāvis Vašingtonā.
Dažiem seklūdens jūras gurķu veidiem ir atšķirīga specializēta adaptācija elpošanai: elpošanas "koka" struktūra, kas atrodas ķermeņa dobumā netālu no tūpļa. Tā kā gurķu taisnās zarnas atvere organismā iesūc ūdeni, elpošanas koks izvada skābekli un izvada oglekļa dioksīdu.
"Tas burtiski izelpo no pakaļas," sacīja Mahs.
"Pamatprojekts"
Saskaņā ar Ziemeļaustrumu Zivsaimniecības zinātnes centra datiem zivīs žaunas ir izrādījušās veiksmīga elpošanas sistēma, izmantojot asinsvadu tīklu, lai no plūstoša ūdens ievilktu skābekli un izkliedētu to caur žaunu membrānām.
Lielākajai daļai zivju žaunām ir "vienāds pamata plāns", aģentūrai Live Science pastāstīja Solomons Deivids, Luiziānas Nikollas štata universitātes Bioloģisko zinātņu katedras docents.
"Viņiem ir tāda gāzes pretstrāvas apmaiņa - izvelciet skābekli un atbrīvojiet atkritumus," sacīja Dāvids. Kad zivis izsit mutē, tās rada ūdens strāvu, kas plūst pāri viņu žaunām. Sarkanīgi, ļoti vaskulāri audi izsūc skābekli un izvada oglekļa dioksīdu, "līdzīgu kapilāriem mūsu alveolās", viņš teica.
Tomēr žaunas nav precīzi piemērotas visiem. Pēc Dāvida vārdiem, to struktūra var atšķirties atkarībā no sugas. Piemēram, ātra peldēšanas tunča žaunas nedaudz atšķirsies no zivīm, kas ir plēsējs, kas melo un pagaidi, piemēram, aligatora nūjiņa.
"Ja jūs esat aktīvs plēsējs, kas visu laiku ir ceļā, jums būs atšķirīgas žaunas, lai sasniegtu lielāku skābekļa daudzumu," sacīja Deivids.
Viņš piebilda, ka žaunu forma vienas sugas indivīdiem var atšķirties atkarībā no skābekļa apstākļiem ūdenī, kur viņi dzīvo. Pētījumi liecina, ka zivis var pielāgot žaunu morfoloģiju, kad to ūdeņainā dzīvotne kļūst piesārņota; laika gaitā to žaunu pavedieni kļūst kondensētāki, lai pretotos ūdenī esošajiem sārņiem.
Dažiem ūdens abiniekiem ir arī žaunām - sazarotas struktūras, kas sniedzas ārā no galvas. Tā ir abinieku kāpuru iezīme, kas izzūd, jo lielākajai daļai sugu nobriest, bet tādi ūdens salamandri kā sirēnas saglabā šīs ārējās žaunas pilngadībā, Floridas Universitātes Dabas resursu un vides skolas ūdens ekoloģe Kirstena Hehta pastāstīja Live Science in e-pasts.
Plaušu zivīm - zivju grupai, kas elpo gaisu, kā arī ūdeni, izmantojot modificētu peldēšanas urīnpūsli - ir arī ārējās žaunas, kad viņi ir jauni, "bet gandrīz visas plaušu zivju sugas tos zaudē pirms pilngadības sasniegšanas," sacīja Hehts.
Oriģināls raksts par Dzīvā zinātne.
