Gli uccelli sono respiratori super-efficienti

Tutti gli animali hanno bisogno di respirare per scambiare l’ossigeno in entrata con i gas di scarico in uscita, come l’anidride carbonica. Date un’occhiata alla meravigliosa animazione qui sotto, dell’illustratrice Eleanor Lutz, sulla respirazione negli esseri umani.

Gli esseri umani e altri mammiferi aspirano l’aria nel loro corpo abbassando un muscolo appena sotto i polmoni chiamato diaframma. Quando il diaframma si alza, l’aria viene spremuta fuori. Gli scienziati chiamano questo scambio flusso di marea, perché l’aria semplicemente entra ed esce dai polmoni, come le maree marine. Respirare in questo modo significa che l’aria vecchia in uscita si mescola con l’aria nuova in entrata – non il modo più efficiente per portare l’ossigeno nel corpo.

Non tutti gli animali respirano allo stesso modo, però.

Gli uccelli, per esempio, evitano il problema della mescolanza spostando l’aria attraverso i loro polmoni in una direzione attraverso una serie di 7-9 sacchi d’aria, collegati da tubi ad anello. Gli uccelli prendono l’ossigeno nei loro tessuti corporei quando inspirano e quando espirano. Quindi, per ogni respiro di un uccello, gli umani dovrebbero prenderne due. Questo rende gli uccelli dei respiratori super-efficienti. Incredibile!

Quando un uccello inspira, i suoi sacchi d’aria si gonfiano e l’aria ricca di ossigeno dall’esterno viene risucchiata nel corpo mentre l’aria di scarto viene estratta dai polmoni. Quando un uccello espira, i sacchi d’aria si sgonfiano e l’aria ricca di ossigeno nei sacchi d’aria più arretrati viene spremuta nei polmoni mentre l’aria di scarto viene espulsa dal corpo dai sacchi d’aria più anteriori. Sembra complicato (e lo è).

La ricerca pubblicata l’anno scorso ha dimostrato che anche i rettili sono capaci di questo tipo di respirazione a senso unico. Mentre questo potrebbe non essere uno shock enorme per te o per me, gli scienziati dei polmoni sono stati molto sorpresi! Quando gli è stato detto, hanno reagito dicendo cose come “assolutamente trasformativo”, “veramente scioccante” e “semplicemente ridicolo… in senso buono”. Questi scienziati avevano ipotizzato che la respirazione unidirezionale fosse esclusiva degli uccelli e che si fosse evoluta relativamente di recente. La prova che i rettili possono condividere questa peculiarità ha distrutto questa ipotesi e ha sollevato domande sull’evoluzione della respirazione unidirezionale. È possibile che la respirazione unidirezionale esista da centinaia di milioni di anni!

In precedenza, gli scienziati ritenevano che la respirazione unidirezionale richiedesse sacche d’aria, quindi se un animale non possedeva sacche d’aria, si presumeva che l’animale non fosse un respiratore unidirezionale. Hanno cercato ovunque i sacchi d’aria. Li hanno cercati negli antenati diretti degli uccelli moderni: i dinosauri. E guardarono anche i loro parenti più lontani: coccodrilli, lucertole e altri rettili. Non avendo trovato nulla, hanno concluso che i sacchi d’aria degli uccelli erano del tutto unici all’interno del regno animale.

La scienziata Colleen Farmer, tuttavia, non pensava affatto che gli animali avessero bisogno di sacchi d’aria per la respirazione a senso unico. Per dimostrarlo, ha deciso di tracciare direttamente come l’aria si muoveva attraverso tre specie di rettili viventi e respiranti: iguane, varani e alligatori. Dopo molte prove ed errori, Farmer ha trovato una combinazione vincente: La nebbia teatrale Froggy’s Swamp Juice e un endoscopio. Con questi strumenti, Farmer ha osservato come la nebbia viaggiava in una direzione attraverso il corpo di ogni rettile. Ha dimostrato che i sacchi d’aria non sono necessari per la respirazione a senso unico. Tutto ciò che serve, a quanto pare, è qualche tubo abilmente angolato.

Le scoperte di Farmer pongono tante domande come: quale vantaggio hanno i rettili nel respirare come gli uccelli?

Gli uccelli sono a sangue caldo e vivono una vita acrobatica e ad alta energia. Ha senso, quindi, che abbiano un sistema di respirazione adattato per massimizzare il loro assorbimento di ossigeno al fine di alimentare il loro rapido metabolismo. I rettili, d’altra parte, sono a sangue freddo e hanno un metabolismo lento. Farmer pensa che abbiano bisogno di massimizzare il loro assorbimento di ossigeno in ogni respiro per risparmiare energia complessiva. Molti rettili passano gran parte della loro vita seduti molto fermi per molto tempo, in attesa di cibo. Hanno bisogno di usare ogni trucco nel libro per conservare l’energia durante questo tempo.