Hundreder af millioner af år siden, meget, meget fjerne forfædre til mennesker - og af alle landdyr med rygrad og fire lemmer - havde denne vandindåndingsevne, men den gik tabt, efter at de første luftåndinge skabte begyndte at leve på land på fuld tid . I dag kan mennesker kun trække vejret i vand ved hjælp af specielt udstyr - eller i film som "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), om tegneseriefigurer med unikke undervandsevner.
Tegneserie lore forklarer slags, hvordan filmens halvt menneskelige, halvt atlantiske hybrid Aquaman (Jason Momoa) og alle hans menneskelige, Atlantiske kusiner kan trække vejret ind i havets dybder - "gæller" nævnes, selvom de ikke er synlige, og detaljerne overlades til seerens fantasi. Men hvordan præcist indånder skabelser fra den virkelige verden deres vandige miljøer?
Mens det sker, er der masser af opløst ilt i de fleste af planetens søer, søer og floder, skønt vores luftindåndende lunger simpelthen ikke kan behandle det. Men verdens vandbeboere har udviklet flere andre metoder til at få adgang til ilt i vand, sagde eksperter til Live Science.
En gammel teknik
Nogle dyr såsom vandmænd absorberer ilt i vand direkte gennem deres hud. Et gastrovaskulært hulrum i deres krop tjener et dobbelt formål: fordøje mad og bevæge ilt og kuldioxid rundt, fortalte Rebecca Helm, en adjunkt ved University of North Carolina, Asheville, til Live Science.
Faktisk opnåede Jordens tidligste former for mikrobiel liv, der brugte ilt, det på samme måde som geléer - gennem diffusion. Denne form for åndedræt optrådte sandsynligvis for omkring 2,8 milliarder år siden, "engang efter at cyanobakterier begyndte at pumpe ilt i atmosfæren," ifølge havforsker Juli Berwald, forfatter af "Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone" (Riverhead Bøger, 2017).
"Fordi de kun har et ydre cellelag og et indre cellelag, og deres inderside er gelé og ikke har celler, har de ikke brug for så meget ilt som dyr, der har faktiske væv på indersiden," fortalte Berwald til Live Science i en e-mail.
Der er imidlertid også ulemper ved at "trække vejret" gennem diffusion.
"Det er meget langsommere end at bruge et kredsløbssystem til at bringe ilt til langt rækkevidde af kroppen. Det betyder sandsynligvis, at der er en grænse for, hvor store vandmænd kan vokse," tilføjede Berwald.
Bagdørsmetode
Åndedrækning gennem iltdiffusion over kropsoverfladen findes også i pighuder - en gruppe af havdyr, der inkluderer søstjerner, søstjerner, søpindsvin og hav agurker.
Havstjerner optager ilt, når vand flyder over buler på deres hud, kaldet papulae, og gennem riller i andre strukturer, der kaldes rørfødder, fortalte hvirvelløse zoolog Christopher Mah, en forsker ved Smithsonian National Museum of Natural History i Washington, D.C., til Live Science.
Nogle typer lavvandede havurkurker har imidlertid en anden type specialiseret tilpasning til vejrtrækning: en respiratorisk "træ" -struktur beliggende i kropshulen i nærheden af anus. Når agurkens rektale åbning suger vand ind i kroppen, udtrækker luftvejstræet ilt og uddriver kuldioxid.
"Det trækker bogstaveligt talt ud af røvene," sagde Mah.
En "grundlæggende plan"
I fisk har gæller vist sig at være et vellykket system til åndedræt ved hjælp af et netværk af blodkar til at trække ilt ind fra strømmende vand og diffundere det gennem guldmembraner, ifølge Northeast Fisheries Science Center.
På tværs af de fleste fisk har gællerne "den samme grundlæggende plan," fortalte Solomon David, en adjunkt ved Institut for Biologiske Videnskaber ved Nicholls State University i Louisiana, til Live Science.
"De er skabt til at have denne modstrømsudveksling af gas - træk ilt ud og frigør affald," sagde David. Når fisk klamrer munden, skaber de en strøm af vand, der flyder over deres gæller. Rødt, meget vaskulariseret væv suger ilt ud og uddriver kuldioxid, "slags lignende kapillærer i vores alveoler," sagde han.
Gælder er dog ikke nøjagtigt i én størrelse. Deres struktur kan variere mellem arter, der passer til deres iltbehov, ifølge David. Gællerne i en hurtigt svømmetun, kan for eksempel variere noget fra dem fra en fisk, der er et løgn-og-vent rovdyr, såsom en alligator gar.
"Hvis du er en aktiv rovdyr, der er på farten hele tiden, har du forskellige gæller til højere iltbehov," sagde David.
Gilleformen kan endda variere mellem individer af samme art, afhængigt af iltforholdene i vandet, hvor de bor, tilføjede han. Undersøgelser har vist, at fisk kan tilpasse deres gillemorfologi, når deres vandige habitat bliver forurenet; med tiden bliver deres gillefilamenter mere kondenseret for at modstå forureninger i vandet.
Nogle vandlevende amfibier har også gæller - forgreningsstrukturer, der strækker sig udad fra deres hoveder. Dette er en larvestræk hos amfibier, der forsvinder, når de fleste arter modnes, men akvatiske salamandere som sirener holder disse udvendige gæller op i voksen alder, fortalte Kirsten Hecht, en akvatisk økolog ved School of Natural Resources and Miljø ved University of Florida, Live Science i en e-mail.
Lungfish - en gruppe fisk, der indånder luft såvel som vand ved hjælp af en modificeret svømmeblære - har også udvendige gæller, når de er små, ”men næsten alle lungefiskearter mister dem, før de når voksen alder,” sagde Hecht.
Original artikel på Live videnskab.
