منذ مئات الملايين من السنين ، كان لدى أجداد البشر البعيدين جدًا - وجميع الحيوانات البرية ذات العمود الفقري وأربعة أطراف - هذه القدرة على التنفس في الماء ، لكنها ضاعت بعد أن بدأت أول مخلوقات تتنفس الهواء تعيش على الأرض بدوام كامل . اليوم ، يمكن للبشر أن يتنفسوا فقط في الماء باستخدام معدات خاصة - أو في أفلام مثل "Aquaman" (وارنر بروس بيكتشرز) ، عن شخصيات الكتب المصورة ذات القدرات الفريدة تحت الماء.
يشرح الكتاب الهزلي نوعًا ما كيف يمكن للفيلم الهجين نصف البشري ونصف الأطلنطي Aquaman (جايسون موموا) وجميع أبناء عمه الأطلنطيين أن يتنفسوا في أعماق المحيط - يتم ذكر "الخياشيم" ، على الرغم من أنها غير مرئية ، وتترك التفاصيل لخيال المشاهد. ولكن كيف بالضبط تتنفس المخلوقات الحقيقية في بيئاتها المائية؟
كما يحدث ، هناك الكثير من الأكسجين المذاب في معظم بحار الكوكب والبحيرات والأنهار ، على الرغم من أن رئتنا التي تتنفس الهواء ببساطة لا يمكنها معالجتها. وقال خبراء لـ Live Science إن سكان المياه في العالم طوروا عدة طرق أخرى للوصول إلى الأكسجين في الماء.
تقنية قديمة
بعض الحيوانات مثل قناديل البحر تمتص الأكسجين في الماء مباشرة من خلال جلدها. أخبرت ريبيكا هيلم ، الأستاذة المساعدة في جامعة نورث كارولاينا ، آشفيل ، Live Science أن تجويف المعدة والأوعية الدموية داخل أجسامهم يخدم غرضًا مزدوجًا: هضم الطعام ونقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون حولها.
في الواقع ، إن أقرب أشكال الحياة الميكروبية للأرض التي تستخدم الأكسجين حصلت عليه بنفس الطريقة التي يحصل عليها الهلام - من خلال الانتشار. يبدو أن هذا الشكل من التنفس ظهر قبل حوالي 2.8 مليار سنة ، "في وقت ما بعد أن بدأت البكتيريا الزرقاء في ضخ الأكسجين في الغلاف الجوي" ، وفقًا لعالم المحيطات جولي بيروالد ، مؤلف كتاب "Spineless: The Jellyfish and Art of Growing a Backbone" (Riverhead) كتب ، 2017).
وقال بيروالد لـ "لايف ساينس" في مجلة "لايف ساينس": "لأنهم لا يملكون سوى طبقة خلايا خارجية وطبقة خلايا داخلية وأن داخلهم هلام ولا تحتوي على خلايا ، فإنهم لا يحتاجون إلى الكثير من الأكسجين مثل الحيوانات التي تحتوي على أنسجة فعلية من الداخل". بريد الكتروني.
ومع ذلك ، هناك أيضًا عيوب "التنفس" من خلال الانتشار.
وأضاف بيروالد "إنه أبطأ بكثير من استخدام نظام الدورة الدموية لجلب الأكسجين إلى مناطق بعيدة من الجسم. وهذا يعني على الأرجح أن هناك حدًا لكيفية نمو قناديل البحر الكبيرة".
طريقة الباب الخلفي
تم العثور على التنفس من خلال انتشار الأكسجين على سطح الجسم أيضًا في الجلديات - وهي مجموعة من الحيوانات البحرية التي تشمل نجم البحر ونجوم البحر وقنافذ البحر وخيار البحر.
قال عالم الأحياء اللافقاري كريستوفر ماه ، الباحث في متحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي في واشنطن العاصمة ، لـ Live Science ، إن نجوم البحر تمتص الأكسجين مع تدفق المياه فوق نتوءات على جلدها تسمى الحطاطات ، ومن خلال الأخاديد في هياكل أخرى تسمى أقدام الأنبوب.
بعض أنواع الخيار البحري بالمياه الضحلة ، مع ذلك ، لديها نوع مختلف من التكيف المتخصص للتنفس: هيكل "شجرة" الجهاز التنفسي الموجود في تجويف الجسم بالقرب من فتحة الشرج. عندما تمتص فتحة المستقيم الخيار في الماء ، تستخرج شجرة الجهاز التنفسي الأكسجين وتطرد ثاني أكسيد الكربون.
قال ماه "انها تتنفس حرفيا من الحمار".
"مخطط أساسي"
في الأسماك ، أثبتت الخياشيم أنها نظام ناجح للتنفس ، باستخدام شبكة من الأوعية الدموية لسحب الأكسجين من المياه المتدفقة ونشره عبر الأغشية الخيشومية ، وفقًا لمركز علوم مصائد الأسماك في شمال شرق البلاد.
وقال سولومون ديفيد ، الأستاذ المساعد بقسم العلوم البيولوجية في جامعة ولاية نيكولز في لويزيانا ، لـ Live Science إن معظم الخياشيم لديها "نفس المخطط الأساسي".
وقال ديفيد "لقد صنعوا من أجل تبادل الغازات المعاكس الحالي - سحب الأكسجين وإطلاق النفايات". عندما تثقب الأسماك أفواههم ، تخلق تيارًا من الماء يتدفق على خياشيمهم. وقال إن الأنسجة المحمرة والأوعية الدموية العالية تمتص الأكسجين وتطرد ثاني أكسيد الكربون ، "مثل الشعيرات الدموية في الحويصلات الهوائية".
ومع ذلك ، الخياشيم ليست بالضبط مقاس واحد يناسب الجميع. يمكن أن يختلف هيكلها بين الأنواع لتناسب احتياجاتها من الأكسجين ، وفقًا لديفيد. على سبيل المثال ، ستختلف خياشيم التونة سريعة السباحة ، إلى حد ما ، عن خياشيم الأسماك التي تكون مفترسًا للكذب والانتظار ، مثل ثور التمساح.
قال ديفيد: "إذا كنت مفترسًا نشطًا ومتنقلًا طوال الوقت ، فسوف يكون لديك خياشيم مختلفة لزيادة متطلبات الأكسجين".
وأضاف أن شكل الخيشومية يمكن أن يختلف حتى بين الأفراد من نفس النوع ، اعتمادًا على ظروف الأكسجين في الماء الذي يعيشون فيه. وقد أظهرت الدراسات أن الأسماك يمكنها تكييف مورفولوجيا الخياشيم عندما يصبح موطنها المائي ملوثًا. مع مرور الوقت ، تصبح خيوطها الخيشومية أكثر تكثيفًا ، لمقاومة الملوثات في الماء.
تحتوي بعض البرمائيات المائية أيضًا على خياشيم - هياكل متفرعة تمتد للخارج من رؤوسها. أخبرت كيرستن هيشت ، عالمة البيئة المائية بكلية الموارد الطبيعية والبيئة في جامعة فلوريدا ، قسم العلوم الحية في علم الأحياء ، أن هذه سمة يرقات في البرمائيات تختفي مع نضوج معظم الأنواع ، ولكن السلمندر المائي مثل صفارات الإنذار يحتفظ بهذه الخياشيم الخارجية حتى مرحلة البلوغ. بريد الكتروني.
وقال هيخت إن الرئة - وهي مجموعة من الأسماك التي تتنفس الهواء وكذلك الماء باستخدام المثانة المعدلة - لديها أيضًا خياشيم خارجية عندما تكون صغيرة ، "لكن جميع أنواع أسماك الرئة تفقدها تقريبًا قبل بلوغها سن الرشد".
المقالة الأصلية على علوم حية.
