¿Cómo respiran los animales bajo el agua?

Hace cientos de millones de años, antepasados ​​muy, muy distantes de los humanos, y de todos los animales terrestres con columna vertebral y cuatro extremidades, tenían esta capacidad de respirar agua, pero se perdió después de que las primeras criaturas que respiran aire comenzaron a vivir en la tierra a tiempo completo. . Hoy en día, los humanos solo pueden respirar agua usando equipos especiales, o en películas como "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), sobre personajes de cómics con habilidades submarinas únicas..

La historia de los cómics explica cómo el híbrido mitad humano, mitad atlante de la película Aquaman (Jason Momoa) y todos sus primos atlantes de aspecto humano pueden respirar en las profundidades del océano: se mencionan las "branquias", aunque no son visibles, y los detalles se dejan a la imaginación del espectador. Pero, ¿cómo respiran exactamente las criaturas del mundo real en sus entornos acuáticos? [Fotos: Vea las criaturas marinas más lindas del mundo]

Da la casualidad de que hay mucho oxígeno disuelto en la mayoría de los mares, lagos y ríos del planeta, aunque nuestros pulmones que respiran aire simplemente no pueden procesarlo. Pero los habitantes del agua del mundo han desarrollado varios otros métodos para acceder al oxígeno en el agua, dijeron los expertos. .

Una técnica ancestral

Algunos animales, como las medusas, absorben el oxígeno del agua directamente a través de la piel. Una cavidad gastrovascular dentro de sus cuerpos tiene un doble propósito: digerir los alimentos y mover oxígeno y dióxido de carbono, Rebecca Helm, profesora asistente de la Universidad de Carolina del Norte, Asheville, dijo. .

De hecho, las primeras formas de vida microbiana de la Tierra que usaban oxígeno lo obtenían de la misma manera que las medusas: a través de la difusión. Esta forma de respiración probablemente apareció hace unos 2.800 millones de años, "en algún momento después de que las cianobacterias comenzaran a bombear oxígeno a la atmósfera", según el científico oceánico Juli Berwald, autor de "Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone" (Riverhead Libros, 2017).

"Debido a que solo tienen una capa de células externa y una capa de células interna y sus interiores son gelatinosos y no tienen células, no necesitan tanto oxígeno como los animales que tienen tejidos reales en el interior", dijo Berwald en un correo electrónico..

Sin embargo, también existen inconvenientes para "respirar" a través de la difusión..

"Es mucho más lento que usar un sistema circulatorio para llevar oxígeno a lugares lejanos del cuerpo. Eso probablemente significa que hay un límite en el tamaño de las medusas", agregó Berwald..

Método de puerta trasera

La respiración a través de la difusión de oxígeno sobre la superficie del cuerpo también se encuentra en los equinodermos, un grupo de animales marinos que incluye estrellas de mar, estrellas de mar, erizos de mar y pepinos de mar..

Las estrellas de mar absorben oxígeno a medida que el agua fluye sobre protuberancias en su piel llamadas pápulas y a través de ranuras en otras estructuras llamadas pies tubulares, dijo el zoólogo de invertebrados Christopher Mah, investigador del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural en Washington, DC. .

Algunos tipos de pepinos de mar de aguas poco profundas, sin embargo, tienen un tipo diferente de adaptación especializada para la respiración: una estructura respiratoria en "árbol" ubicada en la cavidad corporal cerca del ano. A medida que la abertura rectal del pepino succiona agua hacia su cuerpo, el árbol respiratorio extrae oxígeno y expulsa dióxido de carbono..

"Literalmente exhala por el culo", dijo Mah. [Peligros en las profundidades: 10 criaturas marinas más aterradoras]

Un "plan básico"

En los peces, las branquias han demostrado ser un sistema exitoso para la respiración, utilizando una red de vasos sanguíneos para extraer oxígeno del agua que fluye y difundirlo a través de las membranas branquiales, según el Northeast Fisheries Science Center..

En la mayoría de los peces, las branquias tienen "el mismo modelo básico", dijo Solomon David, profesor asistente del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Estatal Nicholls en Louisiana. .

"Están hechos para tener este intercambio de gas a contracorriente: extraer oxígeno y liberar desechos", dijo David. Cuando los peces abren la boca, crean una corriente de agua que fluye sobre sus branquias. El tejido rojizo y altamente vascularizado absorbe oxígeno y expulsa dióxido de carbono, "algo así como capilares en nuestros alvéolos", dijo..

Sin embargo, las branquias no son exactamente iguales para todos. Su estructura puede variar entre especies para adaptarse a sus necesidades de oxígeno, según David. Las branquias de un atún que nada rápido, por ejemplo, variarán un poco de las de un pez que es un depredador de mentir y esperar, como un cocodrilo gar.

"Si eres un depredador activo que está en movimiento todo el tiempo, tendrás diferentes branquias para una mayor demanda de oxígeno", dijo David..

La forma de las branquias puede incluso variar entre individuos de la misma especie, dependiendo de las condiciones de oxígeno en el agua donde viven, agregó. Los estudios han demostrado que los peces pueden adaptar la morfología de sus branquias cuando su hábitat acuático se contamina; Con el tiempo, sus filamentos branquiales se condensan más para resistir los contaminantes en el agua..

Algunos anfibios acuáticos también tienen branquias, estructuras ramificadas que se extienden hacia afuera desde la cabeza. Este es un rasgo larvario en los anfibios que desaparece a medida que la mayoría de las especies maduran, pero las salamandras acuáticas como las sirenas retienen estas branquias externas hasta la edad adulta, dijo Kirsten Hecht, ecóloga acuática de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la Universidad de Florida, en un correo electrónico..

El pez pulmonado, un grupo de peces que respiran aire y agua utilizando una vejiga natatoria modificada, también tienen branquias externas cuando son jóvenes, "pero casi todas las especies de peces pulmonados las pierden antes de llegar a la edad adulta", dijo Hecht..

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