Fåglar är supereffektiva andare

Alla djur behöver andas för att byta ut inkommande syre mot utgående avfallsgaser, som koldioxid. Ta en titt på den underbara animationen nedan, av illustratören Eleanor Lutz, om andning hos människor.

Människor och andra däggdjur suger in luft i sina kroppar genom att sänka en muskel strax under lungorna som kallas diafragma. När diafragman höjer sig pressas luften ut igen. Forskarna kallar detta utbyte för tidvattenflöde, eftersom luften helt enkelt susar in och ut ur lungorna, likt havsströmmarna. Att andas på detta sätt innebär att gammal utgående luft blandas med ny inkommande luft – inte det mest effektiva sättet att få in syre i kroppen.

Alla djur andas dock inte på samma sätt.

Fåglar till exempel undviker problemet med blandningen genom att flytta luften genom lungorna i en riktning via en serie av 7-9 luftsäckar som är sammankopplade med slingrande rör. Fåglar tar in syre i sina kroppsvävnader när de andas in och när de andas ut. Så för varje andetag som en fågel tar måste människan ta två andetag. Detta gör fåglar till supereffektiva andare. Otroligt!

När en fågel andas in blåser dess luftsäckar upp sig och syrerik luft från utsidan sugs in i kroppen medan spillluften sugs ut ur lungorna. När en fågel andas ut, blåser luftsäckarna av och den syrerika luften i de bakersta luftsäckarna pressas in i lungorna medan spillluften stöts ut ur kroppen av de främre luftsäckarna. Det låter komplicerat (och det är det också).

Forskning som publicerats under det senaste året har visat att även reptiler kan göra denna typ av enkelriktad andning. Även om detta kanske inte kommer som en stor chock för dig eller mig blev lungforskarna mycket förvånade! När de fick veta det reagerade de genom att säga saker som ”absolut omvälvande”, ”verkligen chockerande” och ”bara löjligt… på ett bra sätt”. Dessa forskare hade antagit att envägsandning var unikt för fåglar och hade utvecklats relativt nyligen. Bevisen på att reptiler kan dela denna egenhet krossade detta antagande och väckte frågor om evolutionen av envägsandning. Det är möjligt att envägsandning har funnits i hundratals miljoner år!

Förut antog forskarna att envägsandning krävde luftsäckar, så om ett djur inte hade luftsäckar antogs det att djuret inte var en envägsandning. De letade överallt efter luftsäckar. De letade efter dem hos de moderna fåglarnas direkta förfäder – dinosaurierna. De tittade också på deras mer avlägsna släktingar – krokodiler, ödlor och andra reptiler. De hittade ingenting och drog slutsatsen att fåglarnas luftsäckar var helt unika inom djurriket.

Vetenskapsmannen Colleen Farmer trodde dock inte att djuren överhuvudtaget behövde luftsäckar för att andas i en riktning. För att bevisa det bestämde hon sig för att direkt spåra hur luften rörde sig genom tre arter av levande, andasande reptiler: leguaner, varaner och alligatorer. Efter en hel del försök och misstag hittade Farmer en vinnande kombination: Froggy’s Swamp Juice teaterdimma och ett endoskop. Med hjälp av dessa verktyg såg Farmer hur dimman färdades i en riktning genom varje reptils kropp. Hon bevisade att det inte krävs luftsäckar för envägsandning. Allt som behövs är tydligen några skickligt vinklade slangar.

Farmers resultat väcker så många frågor som: vilken fördel får reptiler av att andas som fåglar?

Fåglar är varmblodiga och lever en energirik, akrobatisk livsstil. Det är därför logiskt att de har ett andningssystem som är anpassat för att maximera sitt syreupptag för att ge näring åt sin snabba ämnesomsättning. Reptiler å andra sidan är kallblodiga och har en långsam ämnesomsättning. Farmer tror att de behöver maximera sitt syreupptag i varje andetag för att spara energi totalt sett. Många reptiler tillbringar en stor del av sitt liv med att sitta mycket stilla under lång tid i väntan på föda. De måste använda alla knep i boken för att spara energi under denna tid.