เมื่อหลายร้อยล้านปีก่อนบรรพบุรุษของมนุษย์ที่อยู่ห่างไกลมาก - และสัตว์บกที่มีกระดูกสันหลังและแขนขาทั้งสี่มีความสามารถในการหายใจด้วยน้ำ แต่มันก็หายไปหลังจากสิ่งมีชีวิตทางอากาศครั้งแรกเริ่มอาศัยอยู่บนบกเต็มเวลา . ทุกวันนี้มนุษย์สามารถหายใจได้ในน้ำโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - หรือในภาพยนตร์เช่น "Aquaman" (Warner Bros. Pictures) เกี่ยวกับตัวละครในหนังสือการ์ตูนที่มีความสามารถใต้น้ำที่เป็นเอกลักษณ์
หนังสือการ์ตูนที่อธิบายเรื่องราวที่อธิบายถึงวิธีการที่ภาพยนตร์เรื่องครึ่งมนุษย์ครึ่งหลังของยานอควาแมน (Jason Momoa) และลูกพี่ลูกน้องยานแอตแลนต้าที่ดูเป็นมนุษย์ของเขาสามารถหายใจลึกลงไปในมหาสมุทร - "เหงือก" ถึงแม้ว่าพวกเขาจะมองไม่เห็น และข้อมูลเฉพาะนั้นก็ถูกทิ้งให้อยู่ในจินตนาการของผู้ชม แต่สิ่งมีชีวิตในโลกแห่งความเป็นจริงหายใจในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำได้อย่างไร
ในขณะที่มันเกิดขึ้นมีออกซิเจนละลายจำนวนมากในทะเลทะเลสาบและแม่น้ำส่วนใหญ่ของโลกแม้ว่าปอดที่มีลมหายใจของเราก็ไม่สามารถดำเนินการได้ แต่ผู้อยู่อาศัยในน้ำของโลกได้พัฒนาวิธีการอื่น ๆ ในการเข้าถึงออกซิเจนในน้ำผู้เชี่ยวชาญกล่าวกับ Live Science
เทคนิคโบราณ
สัตว์บางชนิดเช่นแมงกะพรุนดูดซับออกซิเจนในน้ำโดยตรงผ่านผิวหนัง รีเบคก้าเฮล์มผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยนอร์ ธ แคโรไลน่าบอกกับ Live Science โพรงในกระเพาะอาหารภายในร่างกายของพวกเขาทำหน้าที่จุดประสงค์สองอย่างคือการย่อยอาหารและการเคลื่อนย้ายออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์รอบ ๆ
ในความเป็นจริงรูปแบบชีวิตจุลินทรีย์ที่เก่าแก่ที่สุดของโลกที่ใช้ออกซิเจนได้นั้นเป็นแบบเดียวกับที่เยลลี่ทำผ่านการแพร่กระจาย รูปแบบของการหายใจนี้น่าจะปรากฏขึ้นเมื่อประมาณ 2.8 พันล้านปีก่อน“ บางครั้งหลังจากไซยาโนแบคทีเรียเริ่มสูบฉีดออกซิเจนสู่บรรยากาศ” Juli Berwald นักวิทยาศาสตร์มหาสมุทรกล่าวว่าผู้เขียน“ ไม่มีกระดูกสันหลัง: วิทยาศาสตร์ของแมงกะพรุนและศิลปะการปลูกกระดูกสันหลัง” หนังสือ, 2017)
"เพราะพวกมันมีเพียงเซลล์ชั้นนอกและชั้นในของเซลล์และภายในของพวกมันคือเยลลี่และไม่มีเซลล์พวกมันจึงไม่ต้องการออกซิเจนมากเท่ากับสัตว์ที่มีเนื้อเยื่อจริงอยู่ข้างใน" Berwald กล่าวกับ Live Science in อีเมล์.
อย่างไรก็ตามมีข้อเสียคือ "หายใจ" ผ่านการแพร่กระจาย
"มันช้ากว่าการใช้ระบบไหลเวียนเลือดเพื่อให้ออกซิเจนไปถึงส่วนลึกของร่างกายนั่นอาจหมายความว่ามีข้อ จำกัด ว่าแมงกะพรุนตัวใหญ่จะเติบโตได้อย่างไร" Berwald กล่าว
วิธีประตูหลัง
การหายใจผ่านการกระจายออกซิเจนไปทั่วผิวกายนั้นพบได้ใน echinoderms - กลุ่มสัตว์ทะเลที่มีปลาดาว, ดาวทะเล, เม่นทะเลและปลิงทะเล
ดาวทะเลดูดซับออกซิเจนเมื่อน้ำไหลผ่านผิวหนังที่เรียกว่า papulae และผ่านร่องในโครงสร้างอื่น ๆ ที่เรียกว่าเท้าหลอดนักสัตววิทยาสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง Christopher Mah นักวิจัยที่มีพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติสถาบันสมิ ธ โซเนียนในวอชิงตัน
แตงกวาทะเลน้ำตื้นบางประเภทมีการปรับตัวแบบพิเศษสำหรับการหายใจ: โครงสร้าง "ต้นไม้" ทางเดินหายใจที่ตั้งอยู่ในโพรงร่างกายใกล้กับทวารหนัก ในขณะที่การเปิดทางทวารหนักของแตงกวาดูดน้ำเข้าสู่ร่างกายต้นไม้ทางเดินหายใจจะแยกออกซิเจนและขับคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา
“ มันหายใจออกมาอย่างแท้จริง” ลากล่าว
"พิมพ์เขียวพื้นฐาน"
ในปลาเหงือกได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นระบบที่ประสบความสำเร็จในการหายใจโดยใช้เครือข่ายของหลอดเลือดเพื่อดึงออกซิเจนจากน้ำไหลและกระจายผ่านเยื่อหุ้มเหงือกตามศูนย์วิทยาศาสตร์การประมงภาคตะวันออกเฉียงเหนือ
ข้ามปลาส่วนใหญ่เหงือกมี "พิมพ์เขียวพื้นฐานแบบเดียวกัน" โซโลมอนเดวิดผู้ช่วยศาสตราจารย์กับภาควิชาวิทยาศาสตร์ชีวภาพที่ Nicholls State University ในรัฐหลุยเซียน่ากล่าวกับ Live Science
“ พวกมันถูกสร้างขึ้นเพื่อให้มีการแลกเปลี่ยนก๊าซในปัจจุบัน - ดึงออกซิเจนออกมาและปล่อยของเสีย” เดวิดกล่าว เมื่อปลาอ้าปากค้างพวกเขาจะสร้างกระแสน้ำที่ไหลผ่านเหงือก เนื้อเยื่อที่มีเส้นเลือดเป็นสีแดงจะดูดออกซิเจนและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา "เหมือนเส้นเลือดฝอยในถุงลมของเรา" เขากล่าว
อย่างไรก็ตามเหงือกไม่ได้ขนาดเดียวพอดีทั้งหมด โครงสร้างของพวกมันอาจแตกต่างกันระหว่างสปีชีส์เพื่อให้เหมาะกับความต้องการออกซิเจน ตัวอย่างเช่นเหงือกของปลาทูน่าที่ว่ายน้ำเร็วจะแตกต่างจากปลาที่เป็นนักล่าที่รอและรอคอยเช่นปลาจระเข้
“ หากคุณเป็นนักล่าที่กระตือรือร้นอยู่ตลอดเวลาคุณจะมีเหงือกที่แตกต่างกันสำหรับความต้องการออกซิเจนที่สูงขึ้น” เดวิดกล่าว
รูปร่างของปลาอาจแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคลของสายพันธุ์เดียวกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของออกซิเจนในน้ำที่พวกมันอาศัยอยู่ จากการศึกษาแสดงให้เห็นว่าปลาสามารถปรับเปลี่ยนลักษณะทางเหงือกของปลาเมื่อแหล่งน้ำของพวกมันสกปรก เมื่อเวลาผ่านไปเส้นใยปลาของพวกเขาจะข้นมากขึ้นเพื่อต้านทานการปนเปื้อนในน้ำ
สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำบางชนิดก็มีเหงือกเช่นกัน - มีโครงสร้างแตกแขนงที่ยื่นออกมาจากหัว นี่เป็นลักษณะของตัวอ่อนในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่หายไปเมื่อสัตว์ส่วนใหญ่เจริญเติบโตเต็มที่ แต่สัตว์น้ำซาลาแมนเดอร์เหมือนไซเรนเก็บเหงือกภายนอกเหล่านี้ไว้ในวัยผู้ใหญ่ Kirsten Hecht นักนิเวศวิทยาสัตว์น้ำจากโรงเรียนทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม อีเมล์.
Lungfish - กลุ่มของปลาที่หายใจอากาศและน้ำโดยใช้กระเพาะปัสสาวะว่ายน้ำดัดแปลง - ยังมีเหงือกภายนอกเมื่อพวกมันยังเด็ก "แต่เกือบทุกสายพันธุ์ปอดจะสูญเสียพวกมันก่อนถึงวัยเต็มที่" Hecht กล่าว
บทความต้นฉบับเกี่ยวกับ วิทยาศาสตร์สด.
