badania nad genomiką
zespół biologów ewolucyjnych z Uniwersytetu w Toronto wykazał, że jaszczurki Anolis, lub anoles, są w stanie oddychać pod wodą za pomocą bańki przylegającej do ich pysków.
anole to zróżnicowana grupa jaszczurek występujących w tropikalnych Amerykach. Niektóre anole są specjalistami od strumieni, a te pół-wodne gatunki często nurkują pod wodą, aby uniknąć drapieżników, gdzie mogą pozostać zanurzone nawet przez 18 minut.
„odkryliśmy, że półwodne anole wydychają powietrze do bańki, która przylega do ich skóry”, mówi Chris Boccia, niedawny magister nauk na Wydziale Sztuki & Wydział ekologii Nauki & biologia ewolucyjna (EEB). Boccia jest głównym autorem artykułu opisującego znalezisko opublikowane w tym tygodniu w Current Biology.
„jaszczury następnie ponownie wdychają powietrze”, mówi Boccia, „manewr, który nazwaliśmy „rebreathingiem” po technologii nurkowania.”
naukowcy zmierzyli zawartość tlenu (O2) w powietrzu w pęcherzykach i stwierdzili, że z czasem zmniejsza się, potwierdzając, że powietrze sprężone jest zaangażowane w oddychanie.
Rebreathing prawdopodobnie ewoluował, ponieważ zdolność do pozostawania w zanurzeniu dłużej zwiększa szanse jaszczurki na uniknięcie drapieżników.
autorzy zbadali sześć gatunków półwodnych anoli i odkryli, że wszystkie posiadają cechę rebreathingu, mimo że większość gatunków jest daleko spokrewniona. Podczas gdy rebreathing był szeroko badany u wodnych stawonogów, takich jak chrząszcze wodne, nie spodziewano się go u jaszczurek z powodu różnic fizjologicznych między stawonogami a kręgowcami.
„Rebreathing nigdy nie był uważany za potencjalny naturalny mechanizm podwodnego oddychania u kręgowców”, mówi Luke Mahler, adiunkt w EEB i promotor pracy boccia. „Ale nasza praca pokazuje, że jest to możliwe i że anoles wielokrotnie wdrażał tę strategię w gatunkach, które wykorzystują siedliska wodne.”
Mahler i współautor Richard Glor z University of Kansas po raz pierwszy zaobserwowali rebreathing anolesa na Haiti w 2009 roku, ale nie byli w stanie przeprowadzić dalszych obserwacji ani eksperymentów. Inna współautorka, Lindsey Swierk z Binghamton University, State University of New York, opisała to samo zachowanie u kostarykańskiego gatunku w 2019 roku. Te wczesne obserwacje sugerowały, że rebreathing był adaptacją do nurkowania, ale pomysł ten nie był do tej pory testowany.
Boccia zainteresował się wodnymi anolami po napotkaniu jednego w Panamie. Badania rebreathingowe rozpoczął w Kostaryce w 2017 roku, kontynuował badania w Kolumbii i Meksyku.
jak podkreślają autorzy, cecha rebreathingu mogła się rozwinąć, ponieważ skóra anolesa jest hydrofobowa-odpycha wodę-cecha, która prawdopodobnie rozwinęła się w anolesie, ponieważ chroni je przed deszczem i pasożytami. Pod wodą pęcherzyki powietrza przylegają do hydrofobowej skóry, w wyniku czego rozwinęła się zdolność wykorzystywania tych pęcherzyków do oddychania.
podczas gdy dalsze prace są wymagane, aby szczegółowo zrozumieć, jak działa proces, Boccia, Mahler i ich współautorzy sugerują różne sposoby, w jakie może funkcjonować rebreathing.
w swojej najprostszej formie, pęcherzyk powietrza na pysku jaszczurki prawdopodobnie działa jak zbiornik do nurkowania, dostarczając zanurzonemu zwierzęciu zapas powietrza oprócz powietrza w płucach. To właśnie robią wodne stawonogi, takie jak wodne chrząszcze, aby wydłużyć czas, w którym mogą pozostać zanurzone.
naukowcy sugerują również, że proces rebreathingu może ułatwić użycie powietrza znalezionego w drogach nosowych, ustach i tchawicy jaszczurki, które w przeciwnym razie nie byłoby używane przez jaszczurkę w oddychaniu.
bańka może również pomóc pozbyć się odpadowego dwutlenku węgla (CO2) z wydychanego powietrza w procesie, który inni naukowcy już zaobserwowali u wodnych stawonogów. Badania te wykazały, że ponieważ CO2 jest wysoce rozpuszczalny w wodzie i ponieważ poziom CO2 w pęcherzykach jest wyższy niż w otaczającej wodzie, wydychany CO2 rozpuszcza się w otaczającej wodzie, a nie jest odnawiany.
na koniec autorzy spekulują, że bańka może działać jak skrzel i absorbować tlen z wody-znowu coś już zaobserwowanego u stawonogów. Boccia i Mahler planują dalsze badania, aby potwierdzić, czy te procesy rebreathingu zachodzą z anolami.
według Mahlera ” praca ta wzbogaca nasze zrozumienie twórczych i nieoczekiwanych sposobów, w jakie organizmy sprostają wyzwaniom stawianym przez ich środowisko. To samo w sobie jest cenne, ale takie odkrycia mogą być również cenne dla ludzi, gdy szukamy rozwiązań naszych własnych trudnych problemów.”
„jest zbyt wcześnie, aby stwierdzić, czy rebreathing jaszczurki doprowadzi do konkretnych innowacji ludzkich”, mówi Boccia, „ale biomimikra rebreathingu może być interesującą propozycją dla kilku dziedzin-w tym technologii rebreathingu do nurkowania, która zmotywowała nasze nazewnictwo tego zjawiska.”
odniesienie: Boccia CK, Swierk L, Ayala-Varela FP, et al. Powtarzająca się ewolucja podwodnego rebreathingu u jaszczurek anolisa nurkującego. Aktualna Biologia. doi: 10.1016 / j.cub.2021.04.040.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z następujących materiałów. Uwaga: materiał mógł być edytowany pod względem długości i treści. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z cytowanym źródłem.