Vogels zijn superefficiënte ademhalers
Alle dieren moeten ademen om inkomende zuurstof uit te wisselen met uitgaande afvalgassen, zoals kooldioxide. Kijk maar eens naar de prachtige animatie hieronder, van de hand van illustrator Eleanor Lutz, van de ademhaling bij mensen.
Mensen en andere zoogdieren zuigen lucht in hun lichaam door een spier net onder de longen, het middenrif, te laten zakken. Als het middenrif omhoog komt, wordt de lucht er weer uitgeperst. Wetenschappers noemen deze uitwisseling getijdenstroming, omdat de lucht gewoon in en uit de longen stroomt, net als bij zeetijden. Op deze manier ademen betekent dat oude uitgaande lucht zich mengt met nieuwe binnenkomende lucht – niet de meest efficiënte manier om zuurstof in het lichaam te krijgen.
Niet alle dieren ademen echter hetzelfde.
Vogels, bijvoorbeeld, omzeilen het mengprobleem door lucht in één richting door hun longen te laten stromen via een serie van 7 tot 9 luchtzakken, verbonden door lusvormige buizen. Vogels nemen zuurstof op in hun lichaamsweefsels wanneer ze inademen en wanneer ze uitademen. Voor elke ademhaling van een vogel zouden mensen er dus twee moeten nemen. Dit maakt vogels superefficiënte ademers. Verbazingwekkend!
Als een vogel inademt, blazen zijn luchtzakken zich op en wordt zuurstofrijke lucht van buitenaf het lichaam ingezogen, terwijl afvallucht uit de longen wordt gezogen. Als een vogel uitademt, lopen de luchtzakken leeg en wordt de zuurstofrijke lucht in de achterste luchtzakken in de longen geperst, terwijl de afvallucht door de voorste luchtzakken uit het lichaam wordt verdreven. Dat klinkt ingewikkeld (en dat is het ook).
Onderzoek dat het afgelopen jaar is gepubliceerd, heeft aangetoond dat reptielen ook in staat zijn tot deze vorm van eenrichtingsademhaling. Hoewel dit voor u of mij misschien niet als een grote schok komt, waren longwetenschappers zeer verrast! Toen zij dit hoorden, reageerden zij met dingen als “absoluut transformerend”, “echt schokkend” en “gewoon belachelijk…op een goede manier”. Deze wetenschappers hadden aangenomen dat eenrichtingsademhaling uniek was voor vogels en relatief recent was geëvolueerd. Bewijs dat reptielen deze eigenaardigheid delen, ontkrachtte die veronderstelling en riep vragen op over de evolutie van eenrichtingsademhaling. Het is mogelijk dat eenrichtingsademhaling al honderden miljoenen jaren bestaat!
Voorheen gingen wetenschappers ervan uit dat voor eenrichtingsademhaling luchtzakjes nodig waren, dus als een dier geen luchtzakjes had, werd aangenomen dat het geen eenrichtingsademer was. Ze zochten overal naar luchtzakken. Ze zochten ze bij de directe voorouders van de moderne vogels, de dinosaurussen. En ze keken ook naar hun meer verre verwanten: krokodillen, hagedissen en andere reptielen. Omdat ze niets vonden, concludeerden ze dat de luchtzakken van vogels volledig uniek waren binnen het dierenrijk.
Wetenschapper Colleen Farmer dacht echter dat dieren helemaal geen luchtzakken nodig hadden voor eenrichtingsademhaling. Om dit te bewijzen, besloot ze rechtstreeks na te gaan hoe de lucht zich bewoog door drie soorten levende, ademende reptielen: leguanen, varanen en alligators. Na veel vallen en opstaan, kwam Farmer op een winnende combinatie: Froggy’s Moerassap theatrale mist en een endoscoop. Met deze instrumenten kon Farmer zien hoe de mist zich in één richting door het lichaam van elk reptiel bewoog. Ze bewees dat luchtzakken niet nodig zijn voor eenrichtingsademhaling.
De bevindingen van Farmer roepen veel vragen op, zoals: welk voordeel hebben reptielen bij ademen als vogels?
Vogels zijn warmbloedig en hebben een energieke, acrobatische levensstijl. Het is dan ook logisch dat zij een ademhalingssysteem hebben dat is aangepast aan het maximaliseren van de zuurstofopname om hun snelle metabolisme te voeden. Reptielen, daarentegen, zijn koudbloedig en hebben een traag metabolisme. Farmer denkt dat zij hun zuurstofopname bij elke ademhaling moeten maximaliseren om energie te besparen. Veel reptielen brengen een groot deel van hun leven door met heel stil zitten, wachtend op voedsel. Ze moeten alle mogelijke trucs gebruiken om in die tijd energie te besparen.