Hàng trăm triệu năm trước, tổ tiên rất xa của loài người - và của tất cả các động vật trên cạn có xương sống và bốn chi - có khả năng thở bằng nước này, nhưng nó đã bị mất sau khi những sinh vật thở không khí đầu tiên bắt đầu sống trên cạn toàn thời gian . Ngày nay, con người chỉ có thể thở trong nước bằng thiết bị đặc biệt - hoặc trong các bộ phim như "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), về các nhân vật truyện tranh với khả năng dưới nước độc đáo.
Truyện tranh truyền thuyết giải thích làm thế nào Aquaman lai nửa người, nửa người Atlantean (Jason Momoa) và tất cả anh em họ Atlantean trông giống người của anh ta có thể hít thở dưới đáy đại dương - "mang" được đề cập, mặc dù họ không thể nhìn thấy, và các chi tiết cụ thể được để lại cho trí tưởng tượng của người xem. Nhưng chính xác làm thế nào mà các sinh vật trong thế giới thực thở trong môi trường nước của họ?
Khi điều đó xảy ra, có rất nhiều oxy hòa tan trong hầu hết các vùng biển, hồ và sông của hành tinh, mặc dù phổi thở không khí của chúng ta đơn giản là không thể xử lý nó. Nhưng các cư dân nước trên thế giới đã phát triển một số phương pháp khác để tiếp cận oxy trong nước, các chuyên gia nói với Live Science.
Một kỹ thuật cổ xưa
Một số động vật như sứa hấp thụ oxy trong nước trực tiếp qua da của chúng. Một khoang dạ dày trong cơ thể của họ phục vụ một mục đích kép: tiêu hóa thức ăn, và di chuyển oxy và carbon dioxide xung quanh, Rebecca Helm, trợ lý giáo sư tại Đại học Bắc Carolina, Asheville, nói với Live Science.
Trên thực tế, các dạng sống vi sinh vật đầu tiên của Trái đất sử dụng oxy đã thu được nó giống như các loại thạch - thông qua quá trình khuếch tán. Theo nhà khoa học đại dương Juli Berwald, tác giả của cuốn sách "Spinless: The Science of Jellyfish and the Art of grow a Bone" (Riverhead Sách, 2017).
"Bởi vì chúng chỉ có một lớp tế bào bên ngoài và một lớp tế bào bên trong và bên trong chúng là thạch và không có tế bào, chúng không cần nhiều oxy như động vật có mô thực sự ở bên trong", Berwald nói với Live Science Một email.
Tuy nhiên, cũng có những hạn chế đối với "thở" thông qua khuếch tán.
"Nó chậm hơn nhiều so với việc sử dụng một hệ thống tuần hoàn để đưa oxy đến xa cơ thể. Điều đó có lẽ có nghĩa là có giới hạn về việc sứa lớn có thể phát triển như thế nào", Berwald nói thêm.
Phương pháp cửa sau
Hít thở qua quá trình khuếch tán oxy trên bề mặt cơ thể cũng được tìm thấy trong echinoderms - một nhóm động vật biển bao gồm sao biển, sao biển, nhím biển và hải sâm.
Sao biển hấp thụ oxy khi nước chảy qua da gà gọi là papulae và qua các rãnh trong các cấu trúc khác gọi là chân ống, nhà động vật học không xương sống Christopher Mah, nhà nghiên cứu của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian ở Washington, D.C., nói với Live Science.
Tuy nhiên, một số loại dưa chuột biển nước nông có một loại thích nghi chuyên biệt khác để thở: cấu trúc "cây" hô hấp nằm trong khoang cơ thể gần hậu môn. Khi lỗ trực tràng của dưa chuột hút nước vào cơ thể, cây hô hấp sẽ hút oxy và thải khí carbon dioxide.
"Nó thực sự thở ra từ mông của nó," Mah nói.
Một "kế hoạch chi tiết cơ bản"
Ở cá, mang đã được chứng minh là một hệ thống hô hấp thành công, sử dụng mạng lưới mạch máu để hút oxy từ nước chảy và khuếch tán qua màng mang, theo Trung tâm Khoa học Thủy sản Đông Bắc.
Trên hầu hết các loài cá, mang đều có "bản thiết kế cơ bản giống nhau", Solomon David, trợ lý giáo sư tại Khoa Khoa học Sinh học tại Đại học Bang Nicholls ở Louisiana, nói với Live Science.
"Chúng được tạo ra để có sự trao đổi khí ngược dòng này - kéo oxy ra và giải phóng chất thải", David nói. Khi cá há miệng, chúng tạo ra dòng nước chảy qua mang. Mô đỏ, mạch máu cao hút hết oxy và thải carbon dioxide, "giống như mao mạch trong phế nang của chúng ta," ông nói.
Tuy nhiên, mang không chính xác một kích cỡ phù hợp với tất cả. Cấu trúc của chúng có thể khác nhau giữa các loài để phù hợp với nhu cầu oxy của chúng, theo David. Chẳng hạn, mang của một con cá ngừ bơi nhanh, sẽ thay đổi đôi chút so với những con cá là loài săn mồi nói dối, chẳng hạn như một con cá sấu.
"Nếu bạn là một kẻ săn mồi tích cực luôn luôn di chuyển, bạn sẽ có các mang khác nhau cho nhu cầu oxy cao hơn", David nói.
Hình dạng gồ ghề thậm chí có thể khác nhau giữa các cá thể cùng loài, tùy thuộc vào điều kiện oxy trong nước nơi chúng sống, ông nói thêm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cá có thể thích nghi với hình thái mang của chúng khi môi trường nước của chúng bị ô nhiễm; theo thời gian, các sợi mang của chúng trở nên cô đặc hơn, để chống lại các chất gây ô nhiễm trong nước.
Một số loài lưỡng cư dưới nước cũng có mang - cấu trúc phân nhánh kéo dài ra khỏi đầu. Đây là một đặc điểm ấu trùng ở động vật lưỡng cư biến mất khi hầu hết các loài trưởng thành, nhưng kỳ giông dưới nước như còi báo động giữ lại các mang ngoài này đến tuổi trưởng thành, Kirsten Hecht, một nhà sinh thái học dưới nước thuộc Trường Tài nguyên và Môi trường thuộc Đại học Florida, nói với Live Science. Một email.
Cá phổi - một nhóm cá hít thở không khí cũng như nước sử dụng bàng quang bơi đã được sửa đổi - cũng có mang ngoài khi chúng còn nhỏ ", nhưng hầu như tất cả các loài cá phổi đều mất chúng trước khi đến tuổi trưởng thành," Harou nói.
Bài viết gốc về Khoa học sống.
