Beratus-ratus juta tahun yang lalu, nenek moyang manusia yang sangat jauh, dan semua hewan darat dengan tulang belakang dan empat anggota badan - mempunyai keupayaan bernafas air ini, tetapi hilang setelah makhluk pernafasan yang pertama mula hidup di tanah sepenuh masa . Hari ini, manusia hanya boleh bernafas dalam air menggunakan peralatan khas - atau dalam filem seperti "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), mengenai watak-watak buku komik dengan keupayaan bawah air yang unik.
Sebutan buku komik menerangkan bagaimana separuh manusia, separuh Atlantean hibrida Aquaman (Jason Momoa) dan semua sepupu Atlantean yang seakan-akan manusia dapat bernafas dalam kedalaman lautan - "insang" disebutkan, walaupun mereka tidak dapat dilihat, dan spesifik dibiarkan kepada imaginasi penonton. Tetapi bagaimana sebenarnya makhluk dunia yang bernafas dalam persekitaran berair mereka?
Seperti yang berlaku, terdapat banyak oksigen terlarut di kebanyakan lautan, tasik dan sungai di planet ini, walaupun paru-paru pernafasan kita tidak boleh memprosesnya. Tetapi penghuni air di dunia telah mengembangkan beberapa kaedah lain untuk mengakses oksigen dalam air, kata pakar kepada Live Science.
Teknik kuno
Sesetengah haiwan seperti ubur-ubur menyerap oksigen ke dalam air terus melalui kulit mereka. Satu rongga gastrovaskular di dalam badan mereka berfungsi dua tujuan: mencerna makanan, dan memindahkan oksigen dan karbon dioksida di sekitar, Rebecca Helm, pembantu profesor di University of North Carolina, Asheville, memberitahu Live Science.
Sebenarnya, bentuk awal kehidupan mikrob yang menggunakan oksigen diperoleh dengan cara yang sama seperti jeli - melalui penyebaran. Bentuk pernafasan ini mungkin muncul kira-kira 2.8 bilion tahun yang lalu, "kadang-kadang selepas cyanobacteria mula memompa oksigen ke atmosfer," menurut saintis lautan Juli Berwald, pengarang "Spineless: The Science of Ubuntu dan Art of Growing Backbone" Buku, 2017).
"Kerana mereka hanya mempunyai lapisan sel luar dan lapisan sel dalaman dan bahagian dalamnya adalah jeli dan tidak mempunyai sel, mereka tidak memerlukan oksigen sebanyak haiwan yang mempunyai tisu sebenar di dalamnya," kata Berwald kepada Live Science dalam e-mel.
Walau bagaimanapun, terdapat juga kekurangan untuk "bernafas" melalui penyebaran.
"Ia lebih perlahan daripada menggunakan sistem peredaran darah untuk membawa oksigen ke tempat yang jauh dari badan. Ini mungkin bermakna ada batasan bagaimana ubur-ubun besar boleh tumbuh," tambah Berwald.
Kaedah belakang
Bernafas melalui penyebaran oksigen di permukaan tubuh juga terdapat di echinoderms - sekumpulan haiwan laut yang termasuk bintang laut, bintang laut, landak laut dan timun laut.
Bintang-bintang laut menyerap oksigen sebagai air mengalir ke atas benjolan pada kulit mereka yang dipanggil papulae, dan melalui alur pada struktur lain yang disebut kaki tiub, zoologist invertebrat Christopher Mah, seorang penyelidik dengan Smithsonian National Museum of Natural History di Washington, D.C., kepada Live Science.
Sesetengah jenis timun laut air cetek, bagaimanapun, mempunyai jenis adaptasi khusus untuk bernafas: struktur "pokok" pernafasan terletak di rongga badan berhampiran dubur. Apabila pembukaan rektum timun menghisap air ke dalam badannya, pokok pernafasan mengeluarkan oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida.
"Ia secara harfiah bernafas dari pantatnya," kata Mah.
"Rangka tindakan asas"
Dalam ikan, insang telah terbukti menjadi sistem yang berjaya untuk pernafasan, menggunakan rangkaian saluran darah untuk menarik oksigen dari air yang mengalir dan meresapnya melalui membran insang, menurut Pusat Sains Perikanan Timur Laut.
Di sebilangan besar ikan, insang mempunyai "cetak biru asas yang sama," kata Solomon David, seorang penolong profesor dengan Jabatan Sains Biologi di Universiti Negeri Nicholls di Louisiana, memberitahu Live Science.
"Mereka dibuat mempunyai pertukaran gas berulang ini - menarik oksigen keluar dan membuang sisa," kata David. Apabila ikan menganga mulut mereka, mereka membuat arus air mengalir ke atas insang mereka. Reddish, tisu vascularized sangat menghisap oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida, "seperti kapilari dalam alveoli kita," katanya.
Walau bagaimanapun, insang tidak betul-betul satu saiz. Struktur mereka boleh berbeza-beza antara spesies sesuai keperluan oksigen mereka, menurut David. Sebagai contoh, insang ikan tuna yang cepat-cepat akan berbeza-beza dari ikan yang merupakan predator bohong dan menunggu, seperti garisan buaya.
"Sekiranya anda seorang pemangsa aktif yang sedang berjalan sepanjang masa, anda akan mempunyai insiden yang berlainan untuk tuntutan oksigen yang tinggi," kata David.
Bentuk ayam juga boleh berbeza-beza antara individu spesies yang sama, bergantung kepada keadaan oksigen di dalam air yang mereka tinggal, tambahnya. Kajian telah menunjukkan bahawa ikan boleh menyesuaikan morfologi insang apabila habitat berair mereka menjadi tercemar; dari masa ke masa, filamen insang mereka menjadi lebih pekat, untuk menahan bahan pencemar di dalam air.
Sesetengah amfibia akuatik juga mempunyai insang - struktur cawangan yang meluas keluar dari kepala mereka. Ini adalah sifat larva dalam amfibia yang hilang kerana kebanyakan spesies dewasa, tetapi salamanders akuatik seperti siren mengekalkan insang luar ini ke dewasa, Kirsten Hecht, seorang ahli ekologi akuatik dengan Sekolah Sumber Asli dan Alam Sekitar di University of Florida, memberitahu Live Science dalam e-mel.
Lungfish - sekumpulan ikan yang menghirup udara serta air menggunakan pundi berenang yang diubahsuai - juga mempunyai insang luar ketika mereka masih muda, "tetapi hampir semua spesis lungfish kehilangan mereka sebelum mencapai dewasa," kata Hecht.
Artikel asal pada Sains Hidup.
