Centinaia di milioni di anni fa, antenati molto, molto lontani degli umani — e di tutti gli animali terrestri con ossa dorsali e quattro arti — avevano questa capacità di respirare l’acqua, ma è stata persa dopo che le prime creature che respirano l’aria hanno iniziato a vivere a tempo pieno sulla terra. Oggi, gli esseri umani possono respirare solo in acqua utilizzando attrezzature speciali-o in film come” Aquaman ” (Warner Bros. Pictures), su personaggi dei fumetti con abilità subacquee uniche.,
La tradizione dei fumetti spiega come l’ibrido metà umano e metà atlantideo del film Aquaman (Jason Momoa) e tutti i suoi cugini atlantidei dall’aspetto umano possano respirare nelle profondità dell’oceano-le “branchie” sono menzionate, anche se non sono visibili, e le specifiche sono lasciate all’immaginazione dello spettatore. Ma in che modo esattamente le creature del mondo reale respirano nei loro ambienti acquosi?
Come accade, c’è un sacco di ossigeno disciolto nella maggior parte dei mari, dei laghi e dei fiumi del pianeta, anche se i nostri polmoni che respirano aria semplicemente non possono elaborarlo., Ma gli abitanti dell’acqua del mondo si sono evoluti diversi altri metodi per accedere all’ossigeno nell’acqua, hanno detto gli esperti a Live Science.
Una tecnica antica
Alcuni animali come le meduse assorbono l’ossigeno nell’acqua direttamente attraverso la loro pelle. Una cavità gastrovascolare all’interno dei loro corpi ha un duplice scopo: digerire il cibo e spostare ossigeno e anidride carbonica, Rebecca Helm, assistente professore presso l’Università della Carolina del Nord, Asheville, ha detto a Live Science.,
Infatti, le prime forme di vita microbica della Terra che utilizzavano l’ossigeno lo ottenevano allo stesso modo delle gelatine — attraverso la diffusione. Questa forma di respirazione è probabilmente apparsa circa 2,8 miliardi di anni fa, “qualche tempo dopo che i cianobatteri hanno iniziato a pompare ossigeno nell’atmosfera”, secondo lo scienziato oceanico Juli Berwald, autore di “Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone” (Riverhead Books, 2017).,
“Poiché hanno solo uno strato cellulare esterno e uno strato cellulare interno e i loro interni sono gelatinosi e non hanno cellule, non hanno bisogno di tanto ossigeno quanto gli animali che hanno tessuti reali all’interno”, ha detto Berwald a Live Science in una e-mail.
Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi nel “respirare” attraverso la diffusione.
“È molto più lento rispetto all’utilizzo di un sistema circolatorio per portare l’ossigeno a distanze lontane del corpo. Ciò probabilmente significa che c’è un limite a quanto grande medusa può crescere”, ha aggiunto Berwald.,
Metodo back-door
La respirazione attraverso la diffusione dell’ossigeno sulla superficie corporea si trova anche negli echinodermi — un gruppo di animali marini che comprende stelle marine, stelle marine, ricci di mare e cetrioli di mare.
Le stelle marine assorbono l’ossigeno mentre l’acqua scorre su dossi sulla loro pelle chiamati papule, e attraverso scanalature in altre strutture chiamate piedi a tubo, lo zoologo invertebrato Christopher Mah, ricercatore dello Smithsonian National Museum of Natural History di Washington, DC, ha detto a Live Science.,
Alcuni tipi di cetrioli di mare di acque poco profonde, tuttavia, hanno un diverso tipo di adattamento specializzato per la respirazione: una struttura respiratoria “ad albero” situata nella cavità del corpo vicino all’ano. Mentre l’apertura rettale del cetriolo aspira l’acqua nel suo corpo, l’albero respiratorio estrae ossigeno ed espelle l’anidride carbonica.
“Respira letteralmente dal suo culo”, ha detto Mah.,
Un”progetto di base”
Nei pesci, le branchie si sono dimostrate un sistema di successo per la respirazione, utilizzando una rete di vasi sanguigni per attingere ossigeno dall’acqua che scorre e diffonderlo attraverso le membrane branchiali, secondo il Northeast Fisheries Science Center.
Nella maggior parte dei pesci, le branchie hanno “lo stesso progetto di base”, ha detto a Live Science Solomon David, un assistente professore presso il Dipartimento di Scienze biologiche della Nicholls State University in Louisiana.
“Sono fatti per avere questo scambio controcorrente di gas — estrarre ossigeno e rilasciare rifiuti”, ha detto David., Quando i pesci spalancano la bocca, creano una corrente d’acqua che scorre sulle loro branchie. Il tessuto rossastro e altamente vascolarizzato aspira ossigeno ed espelle l’anidride carbonica,” un po ‘come i capillari nei nostri alveoli”, ha detto.
Tuttavia, le branchie non sono esattamente adatte a tutti. La loro struttura può variare tra le specie per soddisfare le loro esigenze di ossigeno, secondo David. Le branchie di un tonno a nuoto veloce, ad esempio, varieranno un po ‘ da quelle di un pesce che è un predatore bugiardo, come un alligatore gar.,
“Se sei un predatore attivo che è sempre in movimento, avrai branchie diverse per richieste di ossigeno più elevate”, ha detto David.
La forma delle branchie può anche variare tra individui della stessa specie, a seconda delle condizioni di ossigeno nell’acqua in cui vivono, ha aggiunto. Gli studi hanno dimostrato che i pesci possono adattare la loro morfologia branchiale quando il loro habitat acquoso diventa inquinato; nel tempo, i loro filamenti branchiali diventano più condensati, per resistere ai contaminanti nell’acqua.
Alcuni anfibi acquatici hanno anche branchie — strutture ramificate che si estendono verso l’esterno dalle loro teste., Questo è un tratto larvale negli anfibi che scompare man mano che la maggior parte delle specie matura, ma le salamandre acquatiche come le sirene mantengono queste branchie esterne nell’età adulta, Kirsten Hecht, un ecologo acquatico con la School of Natural Resources and Environment presso l’Università della Florida, ha detto a Live Science in una e-mail.
I Lungfish — un gruppo di pesci che respirano aria e acqua usando una vescica natatoria modificata — hanno anche branchie esterne quando sono giovani, “ma quasi tutte le specie di lungfish li perdono prima di raggiungere l’età adulta”, ha detto Hecht.,
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Articolo originale su Live Science.