Před stovkami milionů let měli velmi, velmi vzdálení předci lidí - a všech suchozemských zvířat s páteřemi a čtyřmi končetinami - tuto schopnost dýchat vodou, ale ztratili se poté, co první vzduchem dýchající tvorové začali žít na pevnině na plný úvazek . Dnes mohou lidé dýchat ve vodě pouze pomocí speciálního vybavení - nebo ve filmech jako „Aquaman“ (Warner Bros. Pictures), o postavách komiksu s jedinečnými schopnostmi pod vodou.
Comic book lore druh vysvětluje, jak napůl člověk, napůl Atlantský hybrid Aquaman (Jason Momoa) a všechny jeho lidsky vypadající Atlantské bratrance mohou dýchat v hlubinách oceánu - jsou zmíněny „žábry“, i když nejsou vidět, a specifika jsou ponechána na představivosti diváka. Jak přesně ale dýchají stvoření skutečného světa ve svém vodnatém prostředí?
Jak se to stane, ve většině planet, moří a řek je spousta rozpuštěného kyslíku, i když naše vzduchem dýchající plíce to prostě nemohou zpracovat. Ale světoví obyvatelé vody vyvinuli několik dalších metod pro přístup k kyslíku ve vodě, říkali odborníci Live Science.
Starověká technika
Některá zvířata, například medúza, absorbují kyslík ve vodě přímo skrze kůži. Gastrovaskulární dutina uvnitř jejich těl slouží dvojímu účelu: trávení potravy a pohyb kyslíku a oxidu uhličitého v okolí, Rebecca Helm, docentka na University of North Carolina v Asheville, řekla Live Science.
Ve skutečnosti nejranější formy mikrobiálního života na Zemi, které používaly kyslík, jej získaly stejným způsobem jako želé - prostřednictvím difúze. Tato forma dýchání se pravděpodobně objevila před asi 2,8 miliardami let, „někdy poté, co cyanobakterie začaly pumpovat kyslík do atmosféry,“ podle vědce z oceánu Juli Berwald, autor knihy „Spineless: Science Medúzy a umění pěstování páteře“ (Riverhead Knihy, 2017).
"Protože mají pouze vnější buněčnou vrstvu a vnitřní buněčnou vrstvu a jejich vnitřky jsou želé a nemají buňky, nepotřebují tolik kyslíku jako zvířata, která mají skutečné tkáně uvnitř," řekl Berwald Live Science v e-mail.
Existují však i nevýhody „dýchání“ difúzí.
"Je to mnohem pomalejší než použití oběhového systému k přivedení kyslíku do dalekých částí těla. To pravděpodobně znamená, že existuje limit, jak velká medúza může růst," dodal Berwald.
Metoda zadních dveří
Dýchání difúzí kyslíku po povrchu těla se vyskytuje také u ostnokožců - skupina mořských živočichů, která zahrnuje hvězdice, mořské hvězdy, mořské ježky a mořské okurky.
Mořské hvězdy absorbují kyslík, jak voda teče přes hrboly na jejich kůži zvané papula, a skrz drážky v jiných strukturách nazývaných trubkové nohy, bezobratlý zoolog Christopher Mah, vědec z Smithsonian National Museum of Natural History ve Washingtonu, D.C., řekl Live Science.
Některé typy mořských okurek mělké vody však mají jiný typ specializované adaptace na dýchání: respirační „stromová“ struktura umístěná v tělní dutině poblíž konečníku. Když rektální otvor okurky nasává vodu do svého těla, dýchací strom extrahuje kyslík a vypuzuje oxid uhličitý.
„Doslova dýchá ze zadku,“ řekl Mah.
„Základní plán“
Podle rybářských věd v severovýchodním rybářství se u žraloků ukázal jako úspěšný systém dýchání pomocí sítě krevních cév, které nasávají kyslík z tekoucí vody a rozptylují jej prostřednictvím žábrových membrán.
Na většině ryb mají žábry „stejný základní plán“, řekl Solomon David, odborný asistent na Katedře biologických věd na Nicholls State University v Louisianě, Live Science.
„Jsou nuceni tuto protiproudou výměnu plynu - vytáhnout kyslík a uvolnit odpad,“ řekl David. Když ryby zalepí ústa, vytvoří proud vody tekoucí přes jejich žábry. Červenkastá, vysoce vaskularizovaná tkáň nasává kyslík a vylučuje oxid uhličitý, „něco jako kapiláry v našich alveolech,“ řekl.
Žábry však nejsou úplně univerzální. Podle Davida se jejich struktura může v závislosti na druhu kyslíku lišit. Například žábry rychle se plavícího tuňáka se budou poněkud lišit od žábrů ryb, které jsou predátorem lži a čekání, jako je aligátor.
"Jestli jsi stále aktivní predátor, který je stále na cestách, budeš mít různé žábry pro vyšší nároky na kyslík," řekl David.
Tvar žábru se může dokonce lišit mezi jedinci stejného druhu v závislosti na kyslíkových podmínkách ve vodě, kde žijí, dodal. Studie ukázaly, že ryby mohou přizpůsobit svou morfologii žábru, když dojde ke znečištění vodního prostředí; v průběhu času se jejich žábrová vlákna kondenzují, aby odolávala kontaminantům ve vodě.
Některé vodní obojživelníky mají také žábry - větvící struktury, které sahají ven z jejich hlav. Toto je larvální rys obojživelníků, který mizí, jak většina druhů dozrává, ale vodní mloci jako sirény si tyto vnější žábry ponechávají do dospělosti, Kirsten Hecht, vodní ekolog z Školy přírodních zdrojů a životního prostředí na Floridské univerzitě, řekl Live Science v e-mail.
Lungfish - skupina ryb, která dýchají vzduch i vodu pomocí modifikovaného plaveckého měchýře - mají také mladé žábry, když jsou mladé, "ale téměř všechny druhy lungfishů je ztratí před dosažením dospělosti," řekl Hecht.
Původní článek o Živá věda.
