Honderden miljoenen jaren geleden hadden zeer, zeer verre voorouders van mensen - en van alle landdieren met ruggengraat en vier ledematen - dit waterademend vermogen, maar het ging verloren nadat de eerste luchtademende wezens fulltime op het land begonnen te leven . Tegenwoordig kunnen mensen alleen water inademen met speciale apparatuur - of in films als "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), over stripfiguren met unieke onderwatercapaciteiten.
De overlevering van stripboeken legt een beetje uit hoe de half mens, half Atlantische hybride Aquaman (Jason Momoa) van de film en al zijn menselijk ogende Atlantische neven de diepten van de oceaan kunnen inademen - "kieuwen" worden genoemd, hoewel ze niet zichtbaar zijn, en de details worden aan de verbeelding van de kijker overgelaten. Maar hoe ademen echte wezens precies in hun waterige omgeving?
Het is namelijk zo dat er in de meeste zeeën, meren en rivieren van de planeet veel opgeloste zuurstof is, hoewel onze luchtademende longen het gewoon niet kunnen verwerken. Maar de waterbewoners van de wereld hebben verschillende andere methoden ontwikkeld voor toegang tot zuurstof in water, vertelden experts WordsSideKick.com.
Een eeuwenoude techniek
Sommige dieren, zoals kwallen, nemen de zuurstof in het water rechtstreeks via hun huid op. Een gastrovasculaire holte in hun lichaam heeft een tweeledig doel: het verteren van voedsel en het verplaatsen van zuurstof en koolstofdioxide, vertelde Rebecca Helm, een assistent-professor aan de Universiteit van North Carolina, Asheville, aan WordsSideKick.com.
In feite verkregen de vroegste vormen van microbieel leven op aarde die zuurstof gebruikten het op dezelfde manier als gelei - door diffusie. Deze vorm van ademhaling verscheen waarschijnlijk ongeveer 2,8 miljard jaar geleden, "ergens nadat cyanobacteriën zuurstof in de atmosfeer begonnen te pompen", aldus oceaanwetenschapper Juli Berwald, auteur van "Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone" (Riverhead Boeken, 2017).
"Omdat ze alleen een buitenste cellaag en een binnenste cellaag hebben en hun binnenkant gelei is en geen cellen heeft, hebben ze niet zoveel zuurstof nodig als dieren met echte weefsels aan de binnenkant," vertelde Berwald WordsSideKick.com in WordsSideKick.com een e-mail.
Er zijn echter ook nadelen aan "ademen" door diffusie.
"Het is veel langzamer dan het gebruik van een bloedsomloop om zuurstof naar verre uithoeken van het lichaam te brengen. Dat betekent waarschijnlijk dat er een limiet is aan hoe groot kwallen kunnen groeien," voegde Berwald eraan toe.
Achterdeur methode
Ademen door zuurstofdiffusie over het lichaamsoppervlak wordt ook gevonden in stekelhuidigen - een groep zeedieren die zeesterren, zeesterren, zee-egels en zeekomkommers omvat.
Zeesterren absorberen zuurstof terwijl water over bultjes op hun huid stroomt, papulae genaamd, en door groeven in andere structuren die buisvoeten worden genoemd, vertelde ongewervelde zoöloog Christopher Mah, een onderzoeker bij het Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, D.C., aan WordsSideKick.com.
Sommige soorten zeekomkommers in ondiep water hebben echter een ander type gespecialiseerde aanpassing voor ademhaling: een respiratoire "boomstructuur" in de lichaamsholte nabij de anus. Terwijl de rectale opening van de komkommer water in zijn lichaam zuigt, onttrekt de ademhalingsboom zuurstof en verdrijft kooldioxide.
'Het ademt letterlijk uit zijn reet', zei Mah.
Een "basisblauwdruk"
Bij vissen zijn kieuwen een succesvol systeem voor ademhaling gebleken, waarbij een netwerk van bloedvaten wordt gebruikt om zuurstof uit stromend water op te nemen en het door kieuwmembranen te verspreiden, volgens het Northeast Fisheries Science Center.
Bij de meeste vissen hebben kieuwen "dezelfde basisblauwdruk", vertelde Solomon David, een assistent-professor bij de afdeling Biologische Wetenschappen aan de Nicholls State University in Louisiana, aan WordsSideKick.com.
'Ze zijn gemaakt om deze tegenstroom van gas uit te wisselen - zuurstof eruit halen en afval afgeven', zei David. Wanneer vissen hun mond vergapen, creëren ze een stroom water die over hun kieuwen stroomt. Roodachtig, sterk doorbloed weefsel zuigt zuurstof af en verdrijft koolstofdioxide, 'een soort van haarvaten in onze longblaasjes', zei hij.
Kieuwen zijn echter niet precies one-size-fits-all. Hun structuur kan volgens soort variëren, afhankelijk van hun zuurstofbehoefte, aldus David. De kieuwen van een snelzwemmende tonijn zullen bijvoorbeeld enigszins verschillen van die van een vis die een roofdier is, zoals een alligatorgar.
"Als je een actief roofdier bent dat de hele tijd onderweg is, zul je verschillende kieuwen hebben voor hogere zuurstofbehoeften," zei David.
Kieuwvorm kan zelfs variëren tussen individuen van dezelfde soort, afhankelijk van zuurstofomstandigheden in het water waar ze leven, voegde hij eraan toe. Studies hebben aangetoond dat vissen hun kieuwmorfologie kunnen aanpassen wanneer hun waterige leefomgeving vervuild raakt; na verloop van tijd worden hun kieuwfilamenten meer gecondenseerd om de verontreinigingen in het water te weerstaan.
Sommige wateramfibieën hebben ook kieuwen - vertakkende structuren die zich vanaf hun hoofd naar buiten uitstrekken. Dit is een larvale eigenschap bij amfibieën die verdwijnt naarmate de meeste soorten volwassen worden, maar aquatische salamanders zoals sirenes behouden deze externe kieuwen tot in de volwassenheid, vertelde Kirsten Hecht, een aquatisch ecoloog bij de School of Natural Resources and Environment aan de Universiteit van Florida, aan WordsSideKick.com een e-mail.
Longvissen - een groep vissen die zowel lucht als water inademen met een aangepaste zwemblaas - hebben ook externe kieuwen als ze jong zijn, 'maar bijna alle longvissoorten verliezen ze voordat ze volwassen zijn', zei Hecht.
Origineel artikel over WordsSideKick.com.
