Легкие крокодилов пропускают воздух только в одну сторону

Ученые из Университета Юты -- профессор Фэрмер (C. G. Farmer) и профессор Кент Сэндерс (Kent Sanders) при помощи серии экспериментов показали, что легкие американского аллигатора (Alligator mississippiensis) работают точно так же, как легкие птиц.

Дело в том, что у птиц воздух через легкие и на вдохе, и на выдохе движется в одном направлении, обеспечивая кровь постоянным ровным потоком кислорода. Работу схемы обеспечивают специальные воздушные мешки. Но у крокодилов таких мешков нет, поэтому ученые всегда считали, что такой способ газообмена, как у птиц, крокодилам недоступен. Профессор Фэрмер же показала, что у аллигаторов, несмотря на отсутствие воздушных мешков, все равно происходит однонаправленное движение воздуха.

Эксперимент над легкими

Ученые представили три доказательства при помощи трех экспериментов. Вначале они провели операции под наркозом на шести аллигаторах по вживлению в их легкие приборов, измеряющих скорость и направление потока воздуха. Затем ученым доставили из Луизианы трех мертвых крокодилов. У них вырезали легкие и стали закачивать и выкачивать оттуда воздух. За направлением потока воздуха также пристально следили. В легкие еще одного мертвого аллигатора ученые закачали раствор со специальными флуоресцентными метками и опять следили за направлением потока, засняв его движение на видеокамеру. Как говорит доктор Фэрмер, во всех случаях поток воздуха сквозь легкие двигался в одном направлении во время вдоха и выдоха, то есть в точности как у птиц.

Легкое дыхание архозавра

Как пишут авторы исследования, возникновение такого способа дыхания сыграло очень важную роль в эволюции животных. После великого вымирания видов, происшедшего на границе пермского и триасового периодов примерно 251 млн лет назад, на суше стали доминировать архозавры. Что стало причиной вымирания, для ученых остается загадкой. Существует лишь множество теорий, связывающих катастрофу с результатом вулканической деятельности, падением крупных метеоритов и остальными представителями стандартного набора стихийных бедствий. Во время великого вымирания большинство видов синапсид -- животных, доминирующих до этого события, вымерли, а им на смену пришли архозавры, которые очень быстро заняли лидирующие позиции (впрочем, синапсиды не исчезли бесследно -- те виды, которые выжили в конце триаса, дали начало современным млекопитающим). Почему же архозавры стали такими успешными? Профессор Фэрмер считает, что именно у них впервые появился такой способ однонаправленного движения воздуха через легкие. Дело в том, что эта физиологическая особенность имеет важное следствие: такой способ газообмена позволяет эффективно работать дыхательной системе при пониженных уровнях кислорода. Как раз после катастрофы в конце триаса содержание кислорода в воздухе составляло всего 12% (сейчас эта цифра составляет 21%). Понятно, что в таких условиях господствовать будут именно те организмы, которые наиболее эффективно могут использовать даже небольшое количество кислорода.

Чуть позже, примерно 246 млн лет назад, от архозавров отделились две группы животных -- летающие птерозавры, динозавры, птицы и группа крокодиловых, включающая больше 500 семейств.

Впрочем, у авторов работы вопросов еще все равно остается множество. Ведь по словам профессора Фэрмер, пока им лишь удалось доказать, что однонаправленный поток воздуха характерен для дыхания аллигаторов. Но как работает этот механизм без воздушных мешков, все равно непонятно.

Статью с результатами работы профессора Фэрмер и профессора Сэндерса можно найти в последнем номере журнала Science.