genomisch onderzoek
een team van evolutionaire biologen van de Universiteit van Toronto heeft aangetoond dat anolishagedissen, of anolen, onderwater kunnen ademen met behulp van een bel die zich aan hun snuit vastklampt.
Anolen zijn een diverse groep hagedissen die in de tropische Amerika ‘ s voorkomen. Sommige anolen zijn streamspecialisten, en deze semi-aquatische soorten duiken vaak onder water om roofdieren te vermijden, waar ze wel 18 minuten onder water kunnen blijven.”We vonden dat semi-aquatische anolen lucht uitademen in een zeepbel die zich aan hun huid vastklampt,” zegt Chris Boccia, een recente Master of Science graduate van de Faculteit der Letteren & Science ‘ s Department of Ecology & Evolutionary Biology (EEB). Boccia is hoofdauteur van een artikel dat de vondst beschrijft die deze week in Current Biology is gepubliceerd.
” de hagedissen ademen dan de lucht opnieuw in, “zegt Boccia,” een manoeuvre die we ‘rebreathing’ hebben genoemd naar de scuba-diving technologie.”
de onderzoekers hebben het zuurstofgehalte (O2) van de lucht in de luchtbellen gemeten en vonden dat deze na verloop van tijd afnam, wat bevestigt dat opnieuw ingeademde lucht betrokken is bij de ademhaling.
Rebreathing evolueerde waarschijnlijk omdat het vermogen om langer onder water te blijven de kans van de hagedis verhoogt om roofdieren te ontwijken.
de auteurs bestudeerden zes soorten semi-aquatische anolen en vonden dat alle soorten de rebreathing eigenschap hadden, ondanks dat de meeste soorten ver verwant waren. Hoewel rebreathing uitgebreid is bestudeerd bij aquatische geleedpotigen zoals waterkevers, werd het niet verwacht bij hagedissen vanwege fysiologische verschillen tussen geleedpotigen en gewervelde dieren.”Rebreathing was never been considered as a potential natural mechanism for underwater respiration in gewervelde dieren,” says Luke Mahler, an assistant professor in EEB and Boccia ‘ s thesis supervisor. “Maar ons werk laat zien dat dit mogelijk is en dat anoles deze strategie herhaaldelijk hebben ingezet bij soorten die gebruik maken van aquatische habitats.”
Mahler en coauteur Richard Glor, van de Universiteit van Kansas, zagen voor het eerst dat anoles opnieuw ademden in Haïti in 2009, maar waren niet in staat om verdere observaties of experimenten uit te voeren. Een andere coauteur, Lindsey Swierk, van Binghamton University, State University of New York, beschreef hetzelfde gedrag bij een Costa Ricaanse soort in 2019. Deze vroege waarnemingen suggereerden dat rebreathing een aanpassing was voor duiken, maar dit idee was tot nu toe niet getest.Boccia raakte geïnteresseerd in aquatische anolen nadat ze er in Panama een tegenkwamen. Hij begon zijn herademingsonderzoek in Costa Rica in 2017 en vervolgde het onderzoek in Colombia en Mexico.
de auteurs wijzen erop dat de rebreathing eigenschap zich kan hebben ontwikkeld omdat de huid van anolen hydrofoob is-het stoot water af-een kenmerk dat waarschijnlijk in anolen is geëvolueerd omdat het hen beschermt tegen regen en parasieten. Onderwater, luchtbellen vastklampen aan hydrofobe huid en het vermogen om deze bellen te benutten voor de ademhaling ontwikkeld als gevolg.
hoewel verder onderzoek nodig is om te begrijpen hoe het proces in detail werkt, suggereren Boccia, Mahler en hun coauteurs verschillende manieren waarop rebreathing kan functioneren.
in zijn eenvoudigste vorm werkt de luchtbel op de snuit van een hagedis waarschijnlijk als een duiktank, die een ondergedompeld dier voorziet van een toevoer van lucht naast de lucht in zijn longen. Dit is wat watergeleedpotigen zoals waterkevers doen om de tijd te verlengen dat ze onder water kunnen blijven.
de onderzoekers suggereren ook dat het rebreathing proces het gebruik van lucht in de neusgangen, mond en luchtpijp van een hagedis kan vergemakkelijken die anders niet door de hagedis zou worden gebruikt bij het ademen.
de bel kan ook helpen afval kooldioxide (CO2) uit uitgeademde lucht te verwijderen via een proces dat andere onderzoekers al hebben waargenomen bij aquatische geleedpotigen. In die studies werd geconcludeerd dat omdat CO2 goed oplosbaar is in water en omdat het CO2-gehalte in de luchtbellen hoger is dan in het omringende water, uitgeademde CO2 oplost in het omringende water in plaats van opnieuw te worden ingeademd.
ten slotte speculeren de auteurs dat de zeepbel als kieuw kan fungeren en zuurstof uit het water kan absorberen — nogmaals, iets wat al is waargenomen bij geleedpotigen. Boccia en Mahler plannen verder onderzoek om te bevestigen of deze rebreathing processen plaatsvinden met anolen.
volgens Mahler, ” dit werk verrijkt ons begrip van de creatieve en onverwachte manieren waarop organismen de uitdagingen van hun omgeving aangaan. Dat is op zich waardevol, maar ontdekkingen als deze kunnen ook waardevol zijn voor mensen als we oplossingen zoeken voor onze eigen uitdagende problemen.”
” het is te vroeg om te zeggen of Lizard rebreathing zal leiden tot bepaalde menselijke innovaties, “zegt Boccia,” maar biomimicry van rebreathing kan een interessante propositie zijn voor verschillende gebieden-waaronder scuba-diving rebreathing technologie, die onze naamgeving van dit fenomeen motiveerde.”
referentie: Boccia CK, Swierk L, Ayala-Varela FP, et al. Herhaalde evolutie van onderwater rebreathing in duiken Anolis hagedissen. Huidige Biologie. doi: 10.1016 / j.cub.2021.04.040.
dit artikel is opnieuw gepubliceerd uit de volgende materialen. Opmerking: materiaal kan zijn bewerkt voor lengte en inhoud. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met de geciteerde bron.