Vögel sind super-effiziente Atmer

Alle Tiere müssen atmen, um den einströmenden Sauerstoff mit den ausströmenden Abfallgasen, wie Kohlendioxid, auszutauschen. Sehen Sie sich die wunderbare Animation der Illustratorin Eleanor Lutz über die menschliche Atmung an.

Menschen und andere Säugetiere saugen Luft in ihren Körper ein, indem sie einen Muskel direkt unter der Lunge, das Zwerchfell, senken. Wenn sich das Zwerchfell hebt, wird die Luft wieder herausgepresst. Wissenschaftler nennen diesen Austausch Gezeitenströmung, weil die Luft wie die Gezeiten des Meeres einfach in die Lunge hinein- und wieder hinausströmt. Bei dieser Art der Atmung vermischt sich die alte Luft, die aus der Lunge strömt, mit der neuen, die einströmt – nicht gerade die effizienteste Art, Sauerstoff in den Körper zu bringen.

Allerdings atmen nicht alle Tiere auf die gleiche Weise.

Vögel zum Beispiel vermeiden das Problem der Vermischung, indem sie die Luft über eine Reihe von 7 bis 9 Luftsäcken, die durch Schläuche miteinander verbunden sind, in einer Richtung durch ihre Lunge bewegen. Vögel nehmen Sauerstoff in ihr Körpergewebe auf, wenn sie einatmen und wenn sie ausatmen. Für jeden Atemzug eines Vogels müsste der Mensch also zwei Atemzüge machen. Das macht Vögel zu supereffizienten Atmern. Erstaunlich!

Wenn ein Vogel einatmet, blähen sich seine Lungenbläschen auf und sauerstoffreiche Luft von außen wird in den Körper gesaugt, während verbrauchte Luft aus der Lunge abgeführt wird. Wenn ein Vogel ausatmet, entleeren sich die Luftsäcke und die sauerstoffreiche Luft in den hintersten Luftsäcken wird in die Lungen gepresst, während die Abfallluft durch die vordersten Luftsäcke aus dem Körper ausgestoßen wird. Das klingt kompliziert (und ist es auch).

Forschungen, die im vergangenen Jahr veröffentlicht wurden, haben gezeigt, dass auch Reptilien zu dieser Art der Einwegatmung in der Lage sind. Während dies für Sie oder mich vielleicht kein großer Schock ist, waren die Lungenforscher sehr überrascht! Als sie davon erfuhren, sagten sie Dinge wie „absolut umwälzend“, „wirklich schockierend“ und „einfach lächerlich… auf eine gute Art“. Diese Wissenschaftler hatten angenommen, dass die Einwegatmung nur bei Vögeln vorkommt und sich erst vor relativ kurzer Zeit entwickelt hat. Der Nachweis, dass auch Reptilien diese Besonderheit haben könnten, hat diese Annahme zunichte gemacht und Fragen zur Evolution der Einwegatmung aufgeworfen. Möglicherweise gibt es die Einwegatmung schon seit Hunderten von Millionen Jahren!

Bisher gingen die Wissenschaftler davon aus, dass für die Einwegatmung Luftsäcke erforderlich sind, und wenn ein Tier keine Luftsäcke besaß, ging man davon aus, dass es kein Einwegatmer war. Sie suchten überall nach Luftsäcken. Sie suchten sie bei den direkten Vorfahren der modernen Vögel, den Dinosauriern. Und auch bei ihren entfernteren Verwandten, den Krokodilen, Eidechsen und anderen Reptilien, wurde nach ihnen gesucht. Da sie nichts fanden, kamen sie zu dem Schluss, dass die Luftsäcke der Vögel im Tierreich völlig einzigartig sind.

Die Wissenschaftlerin Colleen Farmer war jedoch der Meinung, dass Tiere überhaupt keine Luftsäcke für die Einwegatmung benötigen. Um dies zu beweisen, beschloss sie, direkt zu verfolgen, wie sich die Luft durch drei Arten lebender, atmender Reptilien bewegt: Leguane, Warane und Alligatoren. Nach vielen Versuchen und Irrtümern gelang es Farmer, eine erfolgreiche Kombination zu finden: Froggy’s Swamp Juice, theatralischer Nebel und ein Endoskop. Mit diesen Hilfsmitteln konnte Farmer beobachten, wie sich der Nebel in eine Richtung durch den Körper jedes Reptils bewegte. Sie bewies, dass für eine Einwegatmung keine Luftsäcke erforderlich sind. Alles, was man braucht, ist ein geschickt abgewinkeltes Rohr.

Farmers Ergebnisse werfen viele Fragen auf: Welchen Vorteil haben Reptilien, wenn sie wie Vögel atmen?

Vögel sind Warmblüter und leben einen energiereichen, akrobatischen Lebensstil. Daher ist es nur logisch, dass sie über ein Atemsystem verfügen, das die Sauerstoffaufnahme maximiert, um ihren schnellen Stoffwechsel zu unterstützen. Reptilien hingegen sind kaltblütig und haben einen langsamen Stoffwechsel. Farmer meint, dass sie ihre Sauerstoffaufnahme bei jedem Atemzug maximieren müssen, um insgesamt Energie zu sparen. Viele Reptilien verbringen einen Großteil ihres Lebens damit, sehr lange still zu sitzen und auf Nahrung zu warten. Sie müssen alle möglichen Tricks anwenden, um in dieser Zeit Energie zu sparen.