Vor Hunderten von Millionen von Jahren hatten sehr, sehr entfernte Vorfahren des Menschen — und aller Landtiere mit Rückenknochen und vier Gliedmaßen — diese Wasseratmungsfähigkeit, die jedoch verloren ging, nachdem die ersten luftatmenden Kreaturen begannen, Vollzeit an Land zu leben. Heute können Menschen nur noch mit spezieller Ausrüstung Wasser einatmen — oder in Filmen wie“ Aquaman “ (Warner Bros. Pictures) über Comicfiguren mit einzigartigen Unterwasserfähigkeiten.,
Comic lore erklärt irgendwie, wie der halbmenschliche, halb atlantische hybride Aquaman (Jason Momoa) des Films und alle seine menschlich aussehenden atlantischen Cousins in den Tiefen des Ozeans atmen können-„Kiemen“ werden erwähnt, obwohl sie nicht sichtbar sind, und die Besonderheiten bleiben der Fantasie des Betrachters überlassen. Aber wie genau atmen reale Kreaturen in ihrer wässrigen Umgebung?
Wie es passiert, gibt es in den meisten Meeren, Seen und Flüssen des Planeten viel gelösten Sauerstoff, obwohl unsere luftatmenden Lungen ihn einfach nicht verarbeiten können., Aber die Wasserbewohner der Welt haben mehrere andere Methoden für den Zugang zu Sauerstoff im Wasser entwickelt, sagten Experten Live Science.
Eine alte Technik
Einige Tiere wie Quallen absorbieren den Sauerstoff im Wasser direkt durch ihre Haut. Eine gastrovaskuläre Höhle in ihrem Körper dient einem doppelten Zweck: Nahrung verdauen und Sauerstoff und Kohlendioxid bewegen, Rebecca Helm, Assistenzprofessorin an der University of North Carolina, Asheville, erzählte Live Science.,
Tatsächlich erhielten die frühesten Formen des mikrobiellen Lebens der Erde, die Sauerstoff verwendeten, es auf die gleiche Weise wie Gelees — durch Diffusion. Diese Form der Atmung trat wahrscheinlich vor etwa 2, 8 Milliarden Jahren auf, „irgendwann nachdem Cyanobakterien begonnen hatten, Sauerstoff in die Atmosphäre zu pumpen“, so der Meereswissenschaftler Juli Berwald, Autor von „Spineless: Die Wissenschaft von Quallen und die Kunst, ein Rückgrat zu bilden“ (Riverhead Books, 2017).,
„Da sie nur eine äußere Zellschicht und eine innere Zellschicht haben und ihre Innenseiten Gelee sind und keine Zellen haben, benötigen sie nicht so viel Sauerstoff wie Tiere, die tatsächlich Gewebe im Inneren haben“, sagte Berwald Live Science in einer E-Mail.
Es gibt jedoch auch Nachteile beim „Atmen“ durch Diffusion.
„Es ist viel langsamer als die Verwendung eines Kreislaufsystems, um Sauerstoff in weite Bereiche des Körpers zu bringen. Das bedeutet wahrscheinlich, dass es eine Grenze gibt, wie große Quallen wachsen können“, fügte Berwald hinzu.,
Back-Door-Methode
Das Atmen durch Sauerstoffdiffusion über die Körperoberfläche findet sich auch in Stachelhäutern — einer Gruppe von Meerestieren, zu denen Seesterne, Seesterne, Seeigel und Seegurken gehören.
Seesterne absorbieren Sauerstoff, wenn Wasser über Unebenheiten auf ihrer Haut fließt, die Papeln genannt werden, und durch Rillen in anderen Strukturen, die Röhrenfüße genannt werden, erzählte der wirbellose Zoologe Christopher Mah, ein Forscher des Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, DC, Live Science.,
Einige Arten von Flachwasser-Seegurken haben jedoch eine andere Art von spezialisierter Anpassung für die Atmung: eine respiratorische „Baum“ – Struktur in der Körperhöhle in der Nähe des Anus. Da die rektale Öffnung der Gurke Wasser in ihren Körper saugt, extrahiert der Atembaum Sauerstoff und stößt Kohlendioxid aus.
„Es atmet buchstäblich aus seinem Arsch“, sagte Mah.,
Eine“grundlegende Blaupause“
Kiemen haben sich bei Fischen als erfolgreiches Atmungssystem erwiesen, bei dem ein Netzwerk von Blutgefäßen Sauerstoff aus fließendem Wasser aufnimmt und durch Kiemenmembranen diffundiert, so das Northeast Fisheries Science Center.
Bei den meisten Fischen haben Kiemen „die gleiche grundlegende Blaupause“, sagte Solomon David, Assistenzprofessor am Department of Biological Sciences der Nicholls State University in Louisiana, gegenüber Live Science.
„Sie sind dafür gemacht, diesen Gegenstromaustausch von Gas zu haben — Sauerstoff herauszuziehen und Abfall freizusetzen“, sagte David., Wenn Fische den Mund klaffen, erzeugen sie einen Wasserstrom, der über ihre Kiemen fließt. Rötliches, stark vaskularisiertes Gewebe saugt Sauerstoff ab und stößt Kohlendioxid aus, „eine Art Kapillaren in unseren Alveolen“, sagte er.
Kiemen sind jedoch nicht gerade one-size-fits-all. Laut David kann ihre Struktur zwischen den Arten variieren, um ihrem Sauerstoffbedarf gerecht zu werden. Die Kiemen eines schnell schwimmenden Thunfischs unterscheiden sich beispielsweise etwas von denen eines Fisches, der ein Lügen-und-Warten-Raubtier ist, wie ein Alligator gar.,
„Wenn Sie ein aktives Raubtier sind, das die ganze Zeit unterwegs ist, werden Sie verschiedene Kiemen für einen höheren Sauerstoffbedarf haben“, sagte David.
Kiemenform kann sogar zwischen Individuen der gleichen Art variieren, abhängig von den Sauerstoffbedingungen im Wasser, wo sie leben, fügte er hinzu. Studien haben gezeigt, dass Fische ihre Kiemenmorphologie anpassen können, wenn ihr wässriger Lebensraum verschmutzt wird; Im Laufe der Zeit werden ihre Kiemenfilamente kondensierter, um den Verunreinigungen im Wasser zu widerstehen.
Einige Wasseramphibien haben auch Kiemen verzweigende Strukturen, die sich von ihren Köpfen nach außen erstrecken., Dies ist ein Larvenmerkmal bei Amphibien, das verschwindet, wenn die meisten Arten reifen, Aber Wassersalamander wie Sirenen behalten diese äußeren Kiemen bis ins Erwachsenenalter, Kirsten Hecht, ein aquatischer Ökologe an der School of Natural Resources and Environment an der University of Florida, erzählte Live Science in einer E-Mail.
Lungenfische — eine Gruppe von Fischen, die Luft und Wasser mit einer modifizierten Schwimmblase atmen-haben auch externe Kiemen, wenn sie jung sind, „aber fast alle Lungenfischarten verlieren sie, bevor sie das Erwachsenenalter erreichen“, sagte Hecht.,
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Original-Artikel auf Live Science.