Ptáci jsou mimořádně výkonní dýchači

Všichni živočichové potřebují dýchat, aby mohli vyměňovat přicházející kyslík za odcházející odpadní plyny, jako je oxid uhličitý. Podívejte se na nádhernou animaci níže, kterou vytvořila ilustrátorka Eleanor Lutzová a která ukazuje dýchání u člověka.

Člověk a další savci nasávají vzduch do svého těla spouštěním svalu těsně pod plícemi, který se nazývá bránice. Když se bránice zvedne, vzduch se vytlačí zpět ven. Vědci tuto výměnu nazývají příliv a odliv, protože vzduch jednoduše proudí dovnitř a ven z plic, podobně jako mořský příliv a odliv. Takové dýchání znamená, že se starý odcházející vzduch mísí s novým přicházejícím, což není zrovna nejefektivnější způsob, jak dostat kyslík do těla.

Ne všichni živočichové však dýchají stejně.

Například ptáci se problému s mícháním vyhýbají tím, že vzduch proudí plícemi jedním směrem prostřednictvím řady 7 až 9 vzduchových váčků, které jsou propojeny kličkovými trubicemi. Ptáci přijímají kyslík do svých tělesných tkání při nádechu a při výdechu. Na jeden ptačí nádech by tedy člověk potřeboval dva. Díky tomu jsou ptáci mimořádně výkonní dýchači. Úžasné!

Když se pták nadechne, jeho vzdušné vaky se nafouknou a do těla se nasaje vzduch bohatý na kyslík zvenčí, zatímco z plic se odčerpá vzduch odpadní. Když pták vydechuje, vzduchové váčky se nafouknou a vzduch bohatý na kyslík v nejzadnějších vzduchových váčcích je stlačen do plic, zatímco odpadní vzduch je z těla vypuzen nejpřednějšími vzduchovými váčky. Zní to složitě (a také je).

Výzkum publikovaný v minulém roce ukázal, že tohoto druhu jednosměrného dýchání jsou schopni i plazi. Zatímco pro vás ani pro mě to nemusí být velký šok, vědce zabývající se plícemi to velmi překvapilo! Když jim to bylo sděleno, reagovali slovy jako „naprosto transformační“, „skutečně šokující“ a „prostě směšné… v dobrém slova smyslu“. Tito vědci předpokládali, že jednosměrné dýchání je unikátní pro ptáky a vyvinulo se relativně nedávno. Důkaz, že tuto zvláštnost mohou mít i plazi, tento předpoklad rozbil a vyvolal otázky o evoluci jednosměrného dýchání. Je možné, že jednosměrné dýchání existuje již stovky milionů let!

Předtím vědci předpokládali, že jednosměrné dýchání vyžaduje vzduchové vaky, takže pokud zvíře vzduchové vaky nemělo, předpokládalo se, že zvíře není jednosměrně dýchající. Vzduchové vaky hledali všude. Hledali je u přímých předků současných ptáků – dinosaurů. Podívali se i na jejich vzdálenější příbuzné – krokodýly, ještěry a další plazy. Když nic nenašli, došli k závěru, že ptačí vzduchové vaky jsou v rámci živočišné říše zcela unikátní.

Vědkyně Colleen Farmerová si však myslela, že zvířata vzduchové vaky k jednosměrnému dýchání vůbec nepotřebují. Aby to dokázala, rozhodla se přímo sledovat, jak se vzduch pohybuje třemi druhy živých, dýchajících plazů: leguány, ještěry monitorovými a aligátory. Po mnoha pokusech a omylech přišla Farmerová na vítěznou kombinaci: Divadelní mlha Froggy’s Swamp Juice a endoskop. Pomocí těchto nástrojů Farmer sledoval, jak mlha prochází tělem každého plaza jedním směrem. Dokázala, že k jednosměrnému dýchání nejsou zapotřebí vzduchové vaky. Jediné, co je zřejmě potřeba, jsou šikovně nakloněné hadičky.

Farmerové zjištění vyvolává tolik otázek, jako například: Jakou výhodu mají plazi z toho, že dýchají jako ptáci?

Ptáci jsou teplokrevní a žijí vysoce energetickým, akrobatickým způsobem života. Dává tedy smysl, že mají dýchací systém uzpůsobený k maximálnímu příjmu kyslíku, aby mohli živit svůj rychlý metabolismus. Naproti tomu plazi jsou studenokrevní a mají pomalý metabolismus. Farmer se domnívá, že potřebují maximalizovat příjem kyslíku při každém nádechu, aby celkově ušetřili energii. Mnoho plazů tráví velkou část života dlouhým sezením v klidu a čekáním na potravu. Během této doby musí využívat všechny triky, aby ušetřili energii.