Сотни миллионов лет назад очень и очень далекие предки людей - и всех наземных животных с позвоночником и четырьмя конечностями - обладали этой способностью дышать водой, но она была утрачена после того, как первые дышащие воздухом существа начали жить на земле полный рабочий день. , Сегодня люди могут дышать в воде только с помощью специального оборудования - или в таких фильмах, как «Аквамен» (Warner Bros. Pictures), о персонажах комиксов с уникальными подводными способностями.
История комиксов объясняет, как полу-человек, наполовину атлантический гибрид фильма Аквамен (Джейсон Момоа) и все его выглядящие по-человечески кузены Атлантов могут дышать в глубинах океана - упоминаются «жабры», хотя они не видны, и особенности оставлены воображению зрителя. Но как именно существа реального мира дышат в своей водной среде?
Как это случается, в большинстве морей, озер и рек планеты есть много растворенного кислорода, хотя наши легкие, дышащие воздухом, просто не могут его обработать. Но эксперты мира рассказали Live Science, что обитатели воды в мире разработали несколько других методов доступа к кислороду в воде.
Древняя техника
Некоторые животные, такие как медузы, поглощают кислород в воде непосредственно через кожу. Гастро-сосудистая полость внутри их тела служит двойной цели: переваривать пищу и перемещать кислород и углекислый газ вокруг, сказала в интервью Live Science Ребекка Хелм, доцент в Университете Северной Каролины, Эшвилл.
Фактически, самые ранние формы микробной жизни на Земле, которые использовали кислород, получали его так же, как и желе, - путем диффузии. Эта форма дыхания, вероятно, появилась около 2,8 миллиардов лет назад, «спустя некоторое время после того, как цианобактерии начали перекачивать кислород в атмосферу», по словам ученого-океана Юли Бервальд, автора книги «Бесхребет: наука о медузах и искусство выращивания позвоночника» (Riverhead Книги, 2017).
«Поскольку у них есть только внешний клеточный слой и внутренний клеточный слой, а их внутренности являются желе и у них нет клеток, им не нужно столько кислорода, сколько животным, у которых есть фактические ткани внутри», - сказал Бервальд в интервью Live Science в электронное письмо.
Тем не менее, существуют также недостатки «дыхания» посредством диффузии.
«Это гораздо медленнее, чем использование системы кровообращения для доставки кислорода в дальние уголки тела. Это, вероятно, означает, что существует предел того, насколько большие медузы могут расти», - добавил Бервальд.
Метод задней двери
Дыхание через диффузию кислорода по поверхности тела также встречается у иглокожих - группы морских животных, в которую входят морские звезды, морские звезды, морские ежи и морские огурцы.
Морские звезды поглощают кислород, когда вода стекает по шишкам на их коже, называемым папулами, и через канавки в других структурах, называемых трубчатыми лапами. Об этом в интервью Live Science сообщил зоолог беспозвоночных Кристофер Мах, исследователь из Смитсоновского национального музея естественной истории в Вашингтоне, округ Колумбия.
Однако некоторые виды мелководных морских огурцов имеют другой тип специализированной адаптации для дыхания: дыхательная «древовидная» структура, расположенная в полости тела около заднего прохода. Когда ректальное отверстие огурца всасывает воду в его тело, дыхательное дерево извлекает кислород и удаляет углекислый газ.
«Он буквально выдыхает из своей задницы», - сказал Мах.
«Основной план»
У рыб жабры зарекомендовали себя как успешная система дыхания, использующая сеть кровеносных сосудов для забора кислорода из проточной воды и диффузии его через жаберные мембраны, по данным Научного центра рыбного хозяйства Северо-Востока.
Соломон Дэвид, доцент кафедры биологических наук в Университете Николаса в Университете штата Луизиана, рассказал «Живая наука» в отношении большинства видов рыбы.
«Они созданы для противоточного обмена газа - вытягивают кислород и выпускают отходы», - сказал Дэвид. Когда рыбы затыкают рот, они создают поток воды, стекающей по их жабрам. Красноватая, сильно васкуляризированная ткань высасывает кислород и удаляет углекислый газ, «вроде капилляров в наших альвеолах», сказал он.
Однако жабры не совсем универсальны. По словам Дэвида, их структура может варьироваться между видами в зависимости от их потребности в кислороде. Например, жабры быстро плавающего тунца будут несколько отличаться от жабр рыбы-хищника-лжи и ждать, такого как аллигатор гар.
«Если вы активный хищник, который постоянно в движении, у вас будут разные жабры для более высоких потребностей в кислороде», - сказал Дэвид.
Форма жабры может даже различаться у особей одного и того же вида, в зависимости от условий содержания кислорода в воде, где они живут, добавил он. Исследования показали, что рыбы могут адаптировать морфологию жабр, когда их водная среда обитания становится загрязненной; со временем их жаберные нити становятся более конденсированными, чтобы противостоять загрязнителям в воде.
У некоторых водных амфибий также есть жабры - ветвящиеся структуры, которые простираются наружу от их голов. Это личиночная черта у земноводных, которая исчезает по мере взросления большинства видов, но водные саламандры, такие как сирены, сохраняют эти внешние жабры в зрелом возрасте, - сказал Кирстен Хехт, эколог по водным ресурсам из Школы природных ресурсов и окружающей среды Университета Флориды, в журнале Live Science в электронное письмо.
У лунгфиш - группы рыб, которые дышат воздухом, а также водой, используя модифицированный плавательный пузырь, - также есть наружные жабры, когда они молоды, «но почти все виды льняных рыб теряют их до достижения зрелого возраста», сказал Хехт.
Оригинальная статья на Живая Наука.
