Pred stotimi milijoni let so imeli zelo, zelo oddaljeni predniki ljudi - in vseh kopenskih živali s hrbtenicami in štirimi okončinami - to sposobnost dihanja z vodo, vendar se je izgubila, ko so prva bitja, ki dihajo na zrak, začela polno živeti na kopnem . Danes lahko ljudje dihajo vodo le s posebno opremo - ali v filmih, kot je "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), o likih stripov z edinstvenimi podvodnimi sposobnostmi.
Zgodba iz stripov nekako pojasnjuje, kako lahko polčloveški, napol atlantidski hibrid Aquaman (Jason Momoa) in vsi njegovi atlantijski bratranci, ki so videti človeški, lahko dihajo v oceanske globine - omenjena so "škrge", čeprav niso vidna, posebnosti pa so prepuščene gledalčevi domišljiji. Toda kako natančno bitja iz resničnega sveta dihajo v svojem vodnem okolju?
V večini morskih jezer, rek in rek je v večini planeta raztopljen kisik, čeprav naša pljuča, ki dihajo na zrak, tega preprosto ne morejo predelati. Toda svetovni prebivalci vode so razvili več drugih metod za dostop do kisika v vodi, so povedali strokovnjaki Live Science.
Starodavna tehnika
Nekatere živali, kot so meduze, absorbirajo kisik v vodi neposredno skozi svojo kožo. Prebavila v votlinah v njihovih telesih služijo dvojnemu namenu: prebavi hrane in premikanju kisika in ogljikovega dioksida naokrog, je za Live Science povedala Rebecca Helm, docentka z univerze v Severni Karolini, Asheville.
Pravzaprav so Zemljine najzgodnejše oblike življenja mikrobov, ki so uporabljale kisik, pridobivale enako kot želeji - s pomočjo difuzije. Ta oblika dihanja se je verjetno pojavila pred približno 2,8 milijarde let, "nekje po tem, ko so cianobakterije začele črpati kisik v ozračje", pravi oceanski znanstvenik Juli Berwald, avtor knjige "Spineless: The Science of Medlyfish and the Art of Growing Backbone" (Riverhead Knjige, 2017).
"Ker imajo samo zunanjo celično plast in notranjo celično plast, njihovi notranjosti pa so želeji in nimajo celic, ne potrebujejo toliko kisika kot živali, ki imajo notranja dejanska tkiva," je Berwald povedal Live Science v email.
Vendar pa obstajajo tudi pomanjkljivosti pri "dihanju" skozi difuzijo.
"To je veliko počasneje kot uporaba krvožilnega sistema za dovajanje kisika v daljne dosege telesa. To verjetno pomeni, da obstaja omejitev, kako lahko rastejo velike meduze," je dodal Berwald.
Metoda zadaj
Dihanje z difuzijo kisika po telesni površini najdemo tudi v iglokožcih - skupini morskih živali, ki vključuje morske zvezde, morske zvezde, morske ježke in morske kumare.
Morske zvezde absorbirajo kisik, ko voda teče čez izbokline na njihovi koži, ki se imenujejo papule, in skozi utore v drugih strukturah, imenovanih cevaste noge, je za Live Science povedal raziskovalec zoolog Christopher Mah, raziskovalec Smithsonian National Natural Natural Nature Museum iz Washingtona.
Nekatere vrste plitvih morskih kumaric pa imajo drugačno vrsto specializirane prilagoditve za dihanje: dihalno "drevesno" strukturo, ki se nahaja v telesni votlini blizu anusa. Ko rektalna odprtina kumare sesa vodo v telo, dihalno drevo črpa kisik in izpušča ogljikov dioksid.
"Dobesedno izdihne iz riti," je dejal Mah.
"Osnovni načrt"
V ribah so se škrge izkazale za uspešen sistem za dihanje, saj uporabljajo mrežo krvnih žil, s katerimi črpajo kisik iz tekoče vode in jo razpršujejo skozi škržne membrane, navaja znanstveni center za ribištvo severovzhoda.
Škrge imajo v večini rib "enak osnovni načrt", je za Live Science povedal Solomon David, docent z oddelka za biološke vede na univerzi Nicholls State v Louisiani.
"Izdelani so tako, da omogočajo izmenjavo plina v nasprotnem toku - potegnite kisik in sprostite odpadke," je dejal David. Ko ribe zaprejo usta, ustvarijo tok vode, ki teče čez škrge. Rdečkasto, visoko vaskularizirano tkivo izsesa kisik in izžene ogljikov dioksid, "tako kot kapilare v naših alveolih," je dejal.
Vendar škrge niso ravno ene velikosti. Po Davidu se lahko njihova struktura razlikuje med vrstami glede na njihove potrebe po kisiku. Na primer škrge, ki se hitro plavajo, se nekoliko razlikujejo od rib, ki so plenilca, ki čakajo na počitek, kot je na primer aligator.
"Če ste aktiven plenilec, ki je ves čas na poti, boste imeli večje škrge za večje potrebe po kisiku," je dejal David.
Oblika škrge se lahko med posamezniki iste vrste razlikuje, odvisno od kisikovih razmer v vodi, kjer živijo, je dodal. Študije so pokazale, da ribe lahko prilagodijo svojo morfologijo škrg, ko njihov vodni habitat postane onesnažen; sčasoma se njihovi škrlatni nitki kondenzirajo, da se upirajo onesnaževalcem v vodi.
Nekatere vodne dvoživke imajo tudi škrge - razvejane strukture, ki segajo navzven od glave. To je ličinka v dvoživkah, ki izgine, ko večina vrst dozori, vendar vodni salamanderji, kot so sirene, te zunanje škrge ohranijo v odraslost, je Kirsten Hecht, vodna ekologinja s Šole za naravne vire in okolje na Floridski univerzi, povedala za Live Science v email.
Lungfish - skupina rib, ki dihajo zrak in vodo s pomočjo modificiranega plavalnega mehurja - imajo tudi zunanje škrge, ko so mlade, "vendar skoraj vse vrste pljučnih rib izgubijo, preden dosežejo odraslost," je dejal Hecht.
Izvirni članek o Živa znanost.
