21 мая 2019, вторник, 08:23
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

«Птичье» дыхание было уже у рептилий

Нильский варан (Varanus niloticus)
Нильский варан (Varanus niloticus)
 
Интеллектуальный партнер проекта

Ученые обнаружили, что одна из физиологических особенностей птиц, про которую раньше думали, что она возникла в ходе эволюции у птиц как приспособление к полету, присутствует также у некоторых ящериц. Эта особенность – однонаправленное дыхание. При таком типе дыхания легкие насыщаются кислородом не только при вдохе, но и при выдохе.

У человека воздух при вдохе попадает из носоглотки в трахею, потом в бронхи, потом в легкие, а потом тем же путем, но в обратном порядке выдыхается обратно. Газообмен – проникновение кислорода из воздуха в кровь – происходит только в легких, при этом в кровь попадает примерно 25% кислорода, содержавшегося в воздухе. У птиц есть еще один дополнительный орган – воздушные мешки. При вдохе примерно четверть воздуха попадает сразу в легкие, а три четверти – в воздушные мешки. При выдохе запасенный в мешках воздух попадает в легкие, таким образом, газообмен происходит не половину времени, а все время. Газ движется в легких по трубочкам, в которых и происходит газообмен, почти всегда в одном направлении. Такой способ дыхания позволяет затрачивать на расширение и сужение грудной клетки или воздушных мешков одно и то же количество энергии, а получать почти вдвое больше кислорода. По эффективности он превосходит даже тот, который достался млекопитающим.

 
Путь воздуха в легких миссисипского аллигатора (вверху - вдох, внизу - выдох)

Раньше считалось, что такое дыхание свойственно только птицам. Но в 2010 году была опубликована работа, авторы которой обнаружили, что воздух движется однонаправленно по парабронхам в легких у миссисипского аллигатора. У аллигаторов нет воздушных мешков, но в остальном наблюдается заметное сходство с птицами. Это наводит на мысль, что более эффективное однонаправленное дыхание возникло в ходе эволюции не непосредственно у птиц, а 250 миллионов лет назад, когда жил их с крокодилами общий предок – в триасовом периоде. Что характерно, на эволюционном филогенетическом дереве крокодилы находятся ближе к динозаврам и современным птицам, чем к другим современным рептилиям, и вот нашелся еще один признак,  объединяющий крокодилов с птицами. Это совпадение также навело некоторых ученых на мысль, что динозавры тоже дышали однонаправленно.

В работе, опубликованной 11 декабря этого года в авторитетнейшем журнале Nature,  авторы сообщают, что обнаружили аналогичный однонаправленный тип дыхания еще и у варанов.

Казалось бы, на дворе XXI век, весь необходимый для физиологических исследований арсенал методов давно разработан, все крупные объекты изучены вдоль и поперек, а неожиданные открытия происходят в молекулярной биологии. Каким образом удалось сказать новое слово в такой хорошо изученной области, как физиология позвоночных?

Видимо, дело в том, что раньше этим просто никто не интересовался. Анатомически легкие варанов ничем не похожи на легкие птиц. У варанов нет ничего напоминающего воздушные мешки. На вид легкие варана – просто мешки, поделенные перегородками на несколько частей. Но по показателям эффективности метаболизма кислорода вараны в лучшую сторону отличаются от своих ближайших родственников. Это и заинтересовало ученых. Компьютерная томография показала, что структура сложнее.

 
Путь воздуха в дыхательной системе варана

Оказалось, что у варана есть один большой мешок, и от него ответвляются от 9 до 11 мешочков поменьше. Эти мешочки поменьше могут сообщаться между собой через проницаемые стенки. Теоретически, такая конструкция может обеспечивать однонаправленное дыхание. Но одно дело предположить это, основываясь на изображении, полученном при томографии, а другое – доказать. Для этого пришлось применить несколько оригинальных методов. Динамика газов и жидкостей довольно схожа. Чтобы смоделировать поведение воздуха в легких, ученые заменили воздух водой с растворенными в ней сферами маленького размера. Вода текла в двух направлениях в большой камере, но однонаправленно в маленьких. Удостоверившись, что они на правильном пути, ученые имплантировали датчики в разные участки легких живого варана, и получили аналогичных результат.

Все это, конечно, еще не исключает возможности, что однонаправленное дыхание развивалось у предков птиц, варанов и крокодилов независимо, но все же всерьез заставляет задуматься над версией, что эта особенность появилась у их общего предка (примерно 270 лет назад). По нынешним меркам это довольно масштабная поправка в представлениях о ходе эволюции.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.