Ptaki są superwydajnymi oddechowcami

Wszystkie zwierzęta muszą oddychać, aby wymieniać przychodzący tlen z wychodzącymi gazami odpadowymi, takimi jak dwutlenek węgla. Spójrz na wspaniałą animację poniżej, autorstwa ilustratorki Eleanor Lutz, przedstawiającą oddychanie u ludzi.

Ludzie i inne ssaki zasysają powietrze do swojego ciała poprzez opuszczenie mięśnia znajdującego się tuż pod płucami, zwanego przeponą. Kiedy przepona podnosi się, powietrze jest wyciskane z powrotem na zewnątrz. Naukowcy nazywają tę wymianę przepływem pływowym, ponieważ powietrze po prostu wlatuje i wylatuje z płuc, jak pływy morskie. Oddychanie w ten sposób oznacza, że stare wychodzące powietrze miesza się z nowym przychodzącym – nie jest to najbardziej efektywny sposób dostarczania tlenu do organizmu.

Nie wszystkie zwierzęta oddychają w ten sam sposób.

Ptaki, na przykład, unikają problemu mieszania, przemieszczając powietrze przez płuca w jednym kierunku za pomocą serii 7 do 9 worków powietrznych, połączonych pętlami rur. Ptaki pobierają tlen do tkanek swojego ciała podczas wdechu i wydechu. Tak więc, na każdy jeden oddech ptaka, człowiek musiałby wziąć dwa. To sprawia, że ptaki są superwydajnymi oddechowcami. Niesamowite!

Gdy ptak wdycha, jego worki powietrzne nadymają się i bogate w tlen powietrze z zewnątrz jest zasysane do ciała, podczas gdy powietrze odpadowe jest wyciągane z płuc. Kiedy ptak wydycha, worki powietrzne deflate i bogate w tlen powietrze w tylnej części worków powietrznych jest wciśnięty do płuc, podczas gdy odpady powietrza jest wydalany z organizmu przez front-most worków powietrznych. Brzmi to skomplikowanie (i takie jest).

Badania opublikowane w zeszłym roku wykazały, że gady są również zdolne do tego rodzaju jednokierunkowego oddychania. Podczas gdy to może nie być wielkim szokiem dla ciebie lub mnie, naukowcy zajmujący się płucami byli bardzo zaskoczeni! Kiedy im to powiedziano, zareagowali mówiąc rzeczy takie jak „absolutnie transformacyjne”, „naprawdę szokujące” i „po prostu śmieszne… w dobry sposób”. Naukowcy ci zakładali, że oddychanie jednokierunkowe jest unikalne dla ptaków i że wyewoluowało stosunkowo niedawno. Dowody na to, że gady mogą dzielić tę osobliwość rozbiły to założenie i postawiły pytania o ewolucję oddychania w jedną stronę. Możliwe, że oddychanie jednokierunkowe istnieje od setek milionów lat!

Poprzednio naukowcy zakładali, że oddychanie jednokierunkowe wymaga woreczków powietrznych, więc jeśli zwierzę nie posiadało woreczków powietrznych, zakładano, że nie jest to oddychanie jednokierunkowe. Szukano wszędzie woreczków powietrznych. Szukali ich u bezpośrednich przodków współczesnych ptaków – dinozaurów. Zajrzeli też do ich bardziej odległych krewnych – krokodyli, jaszczurek i innych gadów. Nic nie znalazłszy, doszli do wniosku, że worki powietrzne ptaków są całkowicie unikalne w królestwie zwierząt.

Naukowiec Colleen Farmer nie sądziła jednak, że zwierzęta w ogóle potrzebują worków powietrznych do oddychania w jedną stronę. Aby to udowodnić, postanowiła bezpośrednio prześledzić, w jaki sposób powietrze przemieszcza się przez trzy gatunki żywych, oddychających gadów: legwany, jaszczurki monitorujące i aligatory. Po wielu próbach i błędach, Farmer trafiła na zwycięską kombinację: Mgłę teatralną Froggy’s Swamp Juice i endoskop. Dzięki tym narzędziom Farmer obserwowała, jak mgła przemieszcza się w jednym kierunku przez ciało każdego gada. Udowodniła, że do jednokierunkowego oddychania nie są potrzebne worki powietrzne. Wszystko, co jest potrzebne, to sprytnie ustawione rurki.

Znaleziska Farmer stawiają wiele pytań, takich jak: jaką korzyść mają gady z oddychania jak ptaki?

Ptaki są ciepłokrwiste i prowadzą wysokoenergetyczny, akrobatyczny tryb życia. To ma sens, wtedy, że oni mają system oddychania przystosowany do maksymalizacji ich poboru tlenu w celu nakarmienia ich szybkiego metabolizmu. Gady, z drugiej strony, są zimnokrwiste i mają powolny metabolizm. Farmer uważa, że muszą one zmaksymalizować pobór tlenu w każdym oddechu, aby ogólnie zaoszczędzić energię. Wiele gadów spędza większość swojego życia siedząc bardzo nieruchomo przez długi czas, czekając na jedzenie. Muszą użyć każdej sztuczki w książce, aby zachować energię w tym czasie.

.