Krokodiller puster som fugler

Krokodiller puster på en helt spesiell måte, som minner mye om hvordan fuglene gjør det. Kanskje førte et slikt system til at forfedrene til dinosaurer, krokodiller og fugler overlevde en kjempekatastrofe. 

Published
Det er amerikanske alligatorer på omtrent elleve kilo som har blitt brukt til forsøkene (Foto: Hannah J. Chirillo)
Det er amerikanske alligatorer på omtrent elleve kilo som har blitt brukt til forsøkene (Foto: Hannah J. Chirillo)

Alligatorer i laboratoriet

Tre eksperimenter avslørte den ensrettede luftstrømmen gjennom lungene på alligatorene:

Seks fullt bedøvede amerikanske alligatorer fikk satt inn flowmetre i lungene. Disse kan måle fart og retning på luften som pustes inn.

Lunger som ble fjernet fra døde alligatorer ble pumpet fulle med luft, noe som viste at luftstrømmen beveget seg i én retning i flere lag av små luftrør med innebyggede sirkler, for endelig å ende i det store luftrøret (trachea) som utpust.

Ved bruk av lunger fra en annen død alligator, pumpet forskerne væske inn og ut av lungene. Væsken var tilsatt fluorescerende kuler, slik at de kunne følge hvordan væsken strømmet gjennom lungene. Forskerne antok i at strømningen av væske i høy grad ville ligne strømmen av luft. Forsøket viste at væsken bare beveget seg i en bestemt retning rundt i rørsystemet i lungen.

Kilde: Utah University

Tidligere trodde man at det bare var fugler som var utstyrt med et spesielt åndedrettssystem som gjør dem i stand til å trekke pusten effektivt, mens de for eksempel flyr i luft med et lavt oksygeninnhold.

For eksempel er det fugler som trekker over Andesfjellene og Mount Everest uten å fortrekke en mine, mens mennesker ville kollapset i de tynne luftlagene.

Men fuglenes unike posisjon når det gjelder pust blir nå for alvor truet. To amerikanske forskere fra Utah University har nemlig sett nærmere på alligatorenes åndedrettssystem, med CT-skanninger og innopererte «flowmetre».

Målingene viser at luften som pustes inn bare går i én retning gjennom luftveiene. Akkurat som hos fugler.

Resultatene ble nylig offentliggjort i det vitenskapelige tidsskriftet Science.

– Det er en veldig spennende oppdagelse. Den gir oss ny kunnskap om krypdyrs lungefunksjon og viktigst av alt: Den spesielle måten som fugler trekker pusten på, var tydeligvis ikke noe de selv fant opp fra bunnen, sier professor Tobias Wang fra Biologisk Institut på Aarhus universitet.

– Det var tvert imot deres tidligste forfedre, som også var forfedre til krypdyr som krokodiller og dinosaurer. Det åpner også muligheten for at andre nålevende krypdyr som skilpadder og varaner også puster på samme måte.

Wang er ekspert i kretsløp og respirasjon hos krypdyr og var en av de tre forskerne som evaluerte det vitenskapelige arbeidet og ga grønt lys for at forskerne kunne få offentliggjort sine resultater i Science.

Unik lungefunksjon

Det som gjør fuglenes og nå alligatorenes lungefunksjon unik, er at den luften som pustes inn, bare går én vei gjennom dyrenes sinnrike system av luftrør, som for alligatorenes vedkommende ved første øyekast kunne ligne et godt stykke blikkenslagerarbeid.

Bildet er av en CT-skanning av en elleve kilo tung amerikansk alligator. Den tredimensjonale datasimuleringen avslørte at luften beveget seg først gjennom de grønne områdene fra hode mot hale og derfra i det blå området, hvor luften blir dirigert i en helvomvending fra hale mot hode (Foto: C. G. Farmer, Utah University).
Bildet er av en CT-skanning av en elleve kilo tung amerikansk alligator. Den tredimensjonale datasimuleringen avslørte at luften beveget seg først gjennom de grønne områdene fra hode mot hale og derfra i det blå området, hvor luften blir dirigert i en helvomvending fra hale mot hode (Foto: C. G. Farmer, Utah University).

På den måten skiller lungefunksjonen deres seg fra andre virveldyr, inkludert oss mennesker.

Prøv for eksempel et øyeblikk å trekke pusten dypt inn: Du trekker luft dypt inn i lungene, og luften ender i blindgater som kalles alveolener, hvor oksygenet blir transportert over i blodet vårt.

Herfra går luften tilbake og ender som luften vi puster ut. Luften beveger seg altså i to retninger.

Hos fugler skjer det noe annet. Det første åndedraget ender i en sekk rett ved fuglens hale. Deretter blir det transportert gjennom lungene til nye sekker som sitter rett ved fuglens kranium. Og derfra siver luften ut igjen via fuglens nebb.

Gjennom hele prosessen har luften bare beveget seg i én retning.

– De nye forskningsresultatene viser at alligatorer har et like sinnrikt system, som minner om fuglenes. Imidlertid uten luftsekker, sier Tobias Wang.

Eldgammel lungefunksjon

Den nye forskningen kan kanskje også være med på å forklare hvorfor forfedrene til dinosaurer, krokodiller og fugler, de såkalte archosaurene, klarte å overleve den store masseutryddelsen som fant sted for 251 millioner år siden.

Utsnitt: Kort fortalt beveger luften seg først gjennom de grønne områdene fra hode mot hale og derfra i det blå området, hvor luften blir dirigert i en helvomvending fra hale mot hode (Foto: C. G. Farmer, Utah University).
Utsnitt: Kort fortalt beveger luften seg først gjennom de grønne områdene fra hode mot hale og derfra i det blå området, hvor luften blir dirigert i en helvomvending fra hale mot hode (Foto: C. G. Farmer, Utah University).

I overgangen mellom perm- og triasperioden forsvant 70 prosent av alt liv på jorden og 96 prosent av livet i havet. Oksygeninnholdet i atmosfæren var trolig svært lavt i denne perioden, omtrent 12 prosent sammenlignet med de 21 prosentene vi har i dag.

– Kanskje var det archosaurenes spesielle lungefunksjon som ga dem en overlevelsesfordel som gjorde dem i stand til å være aktive og jakte på tross av et stort underskuddet av oksygen, sier Wang.

Kanskje er det en del av forklaringen på at vi har fugler, krokodiller og andre krypdyr blant oss i dag.

Fugler fortsatt bedre

De nye resultatene skal imidlertid ikke nødvendigvis forstås slik at krokodiller i dag er utstyrt med en fremragende lungefunksjon som kan matche fuglenes. Wang forklarer:

– Fuglene har gjennom sin utviklingshistorie, hvor de er gått fra å være kaldblodige til å bli varmblodige, forfinet sin lungefunksjon, noe som har muliggjort at de kan opprettholde et høyt stoffskifte og trekke pusten mens de flyr.

– Den utviklingen har ikke krokodillene opplevd, og de lever fremdeles med en forholdsvis primitiv lungefunksjon og et lavt stoffskifte, sier Wang.

Luftveier fremdeles et mysterium

Forskningen åpner også for en ny rekke spørsmål. Wang forteller at forskerne, på tross av et fantastisk arbeid, ikke har analysert hva det fuglelignende åndedrettssystemet betyr for oksygenopptaket i blodet hos alligatorene.

Og de har heller ikke funnet ut hvordan krokodillenes luftveier tvinger luften rundt i den samme retningen.

– Vi kjenner fremdeles ikke de aerodynamiske forholdene eller eventuelle lungeklapper som tvinger luften rundt i en bestemt retning både hos krokodiller og fugler. Det er fremdeles et mysterium, sier Wang.

Han holder for øyeblikket på å skrive et kapittel om krypdyrs lungefunksjon til en ny utgave av den medisinske læreboken «Handbook of Physiology». Den nye oppdagelsen vil ifølge Wang helt sikkert få en prominent plass i kapitlet.

– Vi har lært mye om krypdyrs lungefunksjon, og det skal selvfølgelig formidles til leserne av boken, sier han.

Referanse:

Unidirectional Airflow in the Lungs of Alligators. Science 15 January 2010. Vol. 327. no. 5963, pp. 338-340. DOI: 10.1126/science. 1180219

Lenker:

Tobias Wangs profilside

Avian Respiration (om fuglers pust, på engelsk)