Genomforschung
Ein Team von Evolutionsbiologen der University of Toronto hat gezeigt, dass Anolis-Eidechsen oder Anolen mit Hilfe einer Blase, die sich an ihre Schnauzen klammert, unter Wasser atmen können.
Anoles sind eine vielfältige Gruppe von Eidechsen, die im tropischen Amerika vorkommen. Einige Anolen sind Bachspezialisten, und diese semi-aquatischen Arten tauchen häufig unter Wasser, um Raubtieren auszuweichen, wo sie bis zu 18 Minuten unter Wasser bleiben können.
„Wir fanden heraus, dass semi-aquatische Anolen Luft in eine Blase ausatmen, die an ihrer Haut haftet“, sagt Chris Boccia, ein Master of Science-Absolvent der Fakultät für Künste & Science’s Department of Ecology & Evolutionsbiologie (EEB). Boccia ist Hauptautor eines Papiers, das den Befund beschreibt, der diese Woche in Current Biology veröffentlicht wurde.
„Die Eidechsen atmen dann die Luft wieder ein“, sagt Boccia, „ein Manöver, das wir nach der Tauchtechnologie als „Rückatmen“ bezeichnet haben.“
Die Forscher maßen den Sauerstoffgehalt (O2) der Luft in den Blasen und stellten fest, dass er mit der Zeit abnahm, was bestätigt, dass wieder eingeatmete Luft an der Atmung beteiligt ist.
Die Wiederatmung hat sich wahrscheinlich entwickelt, weil die Fähigkeit, länger unter Wasser zu bleiben, die Chancen der Eidechse erhöht, Raubtieren zu entkommen.
Die Autoren untersuchten sechs Arten von semi-aquatischen Anolen und fanden heraus, dass alle das Rückatmungsmerkmal besaßen, obwohl die meisten Arten entfernt verwandt waren. Während die Rückatmung bei Wasserarthropoden wie Wasserkäfern ausgiebig untersucht wurde, wurde sie bei Eidechsen aufgrund physiologischer Unterschiede zwischen Arthropoden und Wirbeltieren nicht erwartet.
„Die Rückatmung wurde nie als möglicher natürlicher Mechanismus für die Unterwasseratmung bei Wirbeltieren in Betracht gezogen“, sagt Luke Mahler, Assistenzprofessor am EEB und Betreuer der Abschlussarbeit von Boccia. „Aber unsere Arbeit zeigt, dass dies möglich ist und dass Anoles diese Strategie wiederholt bei Arten eingesetzt haben, die aquatische Lebensräume nutzen.“
Mahler und Co-Autor Richard Glor von der University of Kansas beobachteten erstmals 2009 in Haiti eine intensive Rückatmung, konnten jedoch keine weiteren Beobachtungen oder Experimente durchführen. Eine andere Co-Autorin, Lindsey Swierk, von der Binghamton University, State University of New York, beschrieb das gleiche Verhalten bei einer costaricanischen Art im Jahr 2019. Diese frühen Beobachtungen deuteten darauf hin, dass das Rückatmen eine Anpassung für das Tauchen war, aber diese Idee war bis jetzt nicht getestet worden.
Boccia interessierte sich für aquatische Anolen, nachdem er in Panama auf eine gestoßen war. 2017 begann er seine Untersuchungen zur Rückatmung in Costa Rica und setzte die Forschung in Kolumbien und Mexiko fort.
Wie die Autoren betonen, könnte sich das Rückatmungsmerkmal entwickelt haben, weil die Haut von Anoles hydrophob ist – sie weist Wasser ab – eine Eigenschaft, die sich wahrscheinlich bei Anoles entwickelt hat, weil sie sie vor Regen und Parasiten schützt. Unter Wasser klammern sich Luftblasen an hydrophobe Haut und die Fähigkeit, diese Blasen zum Atmen auszunutzen, entwickelte sich dadurch.
Während weitere Arbeiten erforderlich sind, um zu verstehen, wie der Prozess im Detail funktioniert, schlagen Boccia, Mahler und ihre Co-Autoren verschiedene Möglichkeiten vor, wie die Rückatmung funktionieren kann.
In seiner einfachsten Form wirkt die Luftblase an der Schnauze einer Eidechse wahrscheinlich wie eine Tauchflasche und versorgt ein untergetauchtes Tier zusätzlich zu der Luft in seinen Lungen mit Luft. Dies ist, was Wasserarthropoden wie Wasserkäfer tun, um die Zeit zu verlängern, in der sie unter Wasser bleiben können.
Die Forscher schlagen auch vor, dass der Rückatmungsprozess die Verwendung von Luft in den Nasengängen, dem Mund und der Luftröhre einer Eidechse erleichtern könnte, die sonst von der Eidechse nicht zum Atmen verwendet würde.
Die Blase kann auch dazu beitragen, überschüssiges Kohlendioxid (CO2) aus der ausgeatmeten Luft zu entfernen, und zwar durch einen Prozess, den andere Forscher bereits bei Wasserarthropoden beobachtet haben. Diese Studien kamen zu dem Schluss, dass, weil CO2 in Wasser gut löslich ist und weil der CO2-Gehalt in den Blasen höher ist als im umgebenden Wasser, ausgeatmetes CO2 löst sich im umgebenden Wasser auf, anstatt wieder eingeatmet zu werden.
Schließlich spekulieren die Autoren, dass die Blase als Kieme fungieren und Sauerstoff aus dem Wasser absorbieren könnte – wiederum etwas, das bereits bei Arthropoden beobachtet wurde. Boccia und Mahler planen weitere Untersuchungen, um zu bestätigen, ob diese Rückatmungsprozesse bei einem Tier auftreten.
Laut Mahler „bereichert dieses Werk unser Verständnis der kreativen und unerwarteten Art und Weise, wie Organismen den Herausforderungen ihrer Umwelt begegnen. Das ist an sich wertvoll, aber Entdeckungen wie diese können auch für den Menschen wertvoll sein, wenn wir nach Lösungen für unsere eigenen herausfordernden Probleme suchen.“
„Es ist noch zu früh, um zu sagen, ob die Eidechsenrückatmung zu bestimmten menschlichen Innovationen führen wird“, sagt Boccia, „aber die Biomimik der Rückatmung könnte für mehrere Bereiche interessant sein – einschließlich der Tauchrückatmungstechnologie, die unsere Benennung dieses Phänomens motivierte.“
Referenz: Boccia CK, Swierk L, Ayala-Varela FP, et al. Wiederholte Entwicklung der Unterwasser-Rückatmung beim Tauchen von Anolis-Eidechsen. Aktuelle Biologie. Ursprungsbezeichnung:10.1016/j.cub.2021.04.040.
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