Биологи разгадали загадку однонаправленного дыхания варанов
Млекопитающие и многие другие представители подтипа позвоночных обладают "приливным" типом дыхания. Это означает, что вдыхаемый воздух проходит через лёгкие и газовые полости, называемые альвеолами, после чего по тому же пути выходит из организма с выдохом.
Исключением из этого правила являются птицы, которые хранят часть вдыхаемого воздуха в специальных мешочках. При выдохе газ выводится из этих полостей. Биологи полагают, что такую особенность пернатые приобрели в ходе эволюции, поскольку им требовалась большая экономия энергии во время длительных полётов.
Недавно учёные нашли ещё одного обладателя уникального вида "однонаправленного" дыхания. Вараны, крупные ящерицы, хоть и не летают, но так же как и птицы захватывают кислород из вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
В 2010 году команда биологов из университета Юты под руководством Колина Фармера (Colleen Farmer) сообщила, что "птичьим" дыханием обладают ещё и аллигаторы, а также некоторые другие крокодилообразные животные. Весьма неудивительно, ведь строение их лёгких сильно напоминает птичье. Данное открытие означает, что и динозавры могли дышать подобным образом.
Исследование дыхательной системы варанов, которым руководили Фармер и его коллега Эмма Шахнер (Emma Schachner), стало продолжением работы по изучению загадочных исключений из общего правила. Для своих экспериментов учёные избрали животное вида Varanus exanthematicus — степного варана.
"На первый взгляд лёгкие варана кажутся весьма обычными и напоминают мешок с небольшими пузырьками-камерами. Это совершенно не похоже на птичью дыхательную систему. Но после проведения компьютерной томографии мы обнаружили крупную полость с 11 параллельно расположенными трубками, соединёнными друг с другом через отверстия. Такой аппарат может поддерживать однонаправленный тип дыхания", — рассказывает Шахнер в пресс-релизе.
Чтобы подтвердить своё предположение, учёные разрезали лёгкие ящерицы и наполнили их водой, содержащей взвешенные микросферы. Таким образом им удалось увидеть весь процесс циркуляции вещества по дыхательной системе. Наблюдения показали, что вода текла исключительно в одном направлении — к 11 трубкам в крупной камере. Это означает, что они действительно отвечают за однонаправленное дыхание.
На финальном этапе исследования Шахнер и её коллеги вживили пяти варанам в тело особые датчики, которые также подтвердили, что ящерицы дышат как птицы.
Наиболее вероятное тому объяснение — это то, что общий предок птиц, крокодилов и варанов, живший на Земле примерно 270 миллионов лет назад, обладал однонаправленным типом дыхания. Так ли это, учёные узнают из результатов дальнейших исследований, в рамках которых Шахнер планирует изучить дыхательную систему других рептилий, таких как игуаны, гекконы и бородатые агамы.
В своей статье, опубликованной в журнале Nature, авторы исследования предполагают, что однонаправленное дыхание было первичным для животных, населявших древнюю Землю.
Причин тому может быть несколько. Если птицам это понадобилось для адаптации к длительным полётам, то земноводные используют эту методику для того, чтобы надолго задерживать дыхание, к примеру, во время ныряния под воду. Так животные значительно экономят кислород, что было критическим для выживания в то время, когда по Земле ходил общий предок птиц и земноводных. 250 миллионов лет назад уровень кислорода в воздухе составлял всего 12% по сравнению с сегодняшним 21%.
Также по теме:
Костная ткань заменяла лёгкие первым обитателям суши
Варана лечат от меланхолии
Гекконы справляются с мокрой поверхностью, пока не промочат ноги
Американские генетики раскрыли эволюционную историю змей
У черепах обнаружена способность очищать организм через рот
