Крупным планом - ящерица анолиса с возвращающимся пузырем на морде. Предоставлено: Линдси Свиерк.
Группа биологов-эволюционистов из Университета Торонто показала, что ящерицы анолисы, или анолисы, могут дышать под водой с помощью пузыря, цепляющегося за их морды.
Anoles - это разнообразная группа ящериц, обитающая в тропической Америке. Некоторые анолы специализируются на ручьях, и эти полуводные виды часто ныряют под воду, чтобы избежать хищников, где они могут оставаться под водой до 18 минут.
«Мы обнаружили, что полуводные анолы выдыхают воздух в пузырь, который цепляется за их кожу», - говорит Крис Бочча, недавний выпускник магистра наук факультета экологии и эволюционной биологии (EEB) факультета гуманитарных и естественных наук. Бочча - ведущий автор статьи с описанием находки, опубликованной на этой неделе в Current Biology.
«Затем ящерицы повторно вдыхают воздух, - говорит Бочча, - маневр, который мы назвали« повторным дыханием »после технологии подводного плавания».
Исследователи измерили содержание кислорода (O2) в воздухе в пузырьках и обнаружили, что оно со временем снижается, подтверждая, что вдыхаемый воздух участвует в дыхании.
Повторное дыхание, вероятно, появилось, потому что способность оставаться под водой дольше увеличивает шансы ящерицы ускользнуть от хищников.
Подводная ящерица анолиса с возвращающимся пузырем на морде. Предоставлено: Линдси Свиерк.
Авторы изучили шесть видов полуводных анолов и обнаружили, что все они обладают способностью к повторному дыханию, несмотря на то, что большинство видов имеют дальнее родство. Хотя повторное дыхание широко изучалось у водных членистоногих, таких как водяные жуки, у ящериц его не ожидали из-за физиологических различий между членистоногими и позвоночными.
«Повторное дыхание никогда не рассматривалось как потенциальный естественный механизм подводного дыхания у позвоночных», - говорит Люк Малер, доцент кафедры EEB и руководитель диссертации Бочча. «Но наша работа показывает, что это возможно, и что анолы неоднократно применяли эту стратегию у видов, которые используют водные среды обитания».
Малер и соавтор Ричард Глор из Канзасского университета впервые наблюдали обратное дыхание анолов на Гаити в 2009 году, но не смогли провести дальнейшие наблюдения или эксперименты. Другой соавтор, Линдси Свиерк, из Университета Бингемтона, Государственный университет Нью-Йорка, описала такое же поведение у коста-риканских видов в 2019 году. Эти ранние наблюдения предполагали, что повторное дыхание было адаптацией для ныряния, но эта идея не была проверена до тех пор, пока в настоящее время.
Бочча заинтересовался водными анолами после того, как встретил одного в Панаме. Он начал свои исследования повторного дыхания в Коста-Рике в 2017 году и продолжил исследования в Колумбии и Мексике.
Как указывают авторы, свойство повторного дыхания могло развиться из-за того, что кожа анолов гидрофобна - она отталкивает воду - характеристика, которая, вероятно, эволюционировала в анолах, потому что она защищает их от дождя и паразитов. Под водой пузырьки воздуха цепляются за гидрофобную кожу, и в результате развивается способность использовать эти пузырьки для дыхания.
Хотя требуется дальнейшая работа, чтобы понять, как работает этот процесс в деталях, Бочча, Малер и их соавторы предлагают различные способы функционирования повторного дыхания.
В своей простейшей форме воздушный пузырь на морде ящерицы, вероятно, действует как акваланг, обеспечивая подводное животное подачей воздуха в дополнение к воздуху в легких. Это то, что делают водные членистоногие, такие как водяные жуки, чтобы продлить время пребывания под водой.
Исследователи также предполагают, что процесс повторного дыхания может облегчить использование воздуха из носовых ходов, рта и трахеи ящерицы, который в противном случае ящерица не использовал бы для дыхания.
Пузырь может также помочь избавиться от углекислого газа (CO2) из выдыхаемого воздуха с помощью процесса, который другие исследователи уже наблюдали у водных членистоногих. Эти исследования пришли к выводу, что, поскольку CO2 хорошо растворяется в воде и поскольку уровень CO2 в пузырьках выше, чем в окружающей воде, выдыхаемый CO2 растворяется в окружающей воде, а не повторно вдыхается.
Наконец, авторы предполагают, что пузырек может действовать как жабра и поглощать кислород из воды - опять же, то, что уже наблюдалось у членистоногих. Бочча и Малер планируют дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, происходят ли эти процессы повторного дыхания с анолами.
По словам Малера, «эта работа обогащает наше понимание творческих и неожиданных способов, с помощью которых организмы справляются с проблемами, создаваемыми окружающей их средой. Это само по себе ценно, но подобные открытия также могут быть ценными для людей, поскольку мы ищем решения наших собственных сложных проблем ».
«Еще рано говорить о том, приведет ли повторное дыхание ящериц к каким-либо конкретным человеческим инновациям, - говорит Бочча, - но биомимикрия повторного дыхания может быть интересным предложением для нескольких областей, включая технологию дыхания с аквалангом для подводного плавания, которая послужила причиной нашего названия этого явления. ”
Справка: «Неоднократная эволюция подводного дыхания в дайвинге. Анолис ящерицы »Кристофера К. Боччиа, Линдси Свиерк, Фернандо П. Айяла-Варела, Джеймса Бочча, Изабелы Л. Борхес, Камило Андрес Эступиньян, Александры М. Мартин, Рамона Э. Мартинес-Гримальдо, Себастьяна Овалле, Шрирама Сентхивасана, Кена С. . Тояма, Мария дель Росарио Кастаньеда, Андрес Гарсия, Ричард Э. Глор и Д. Люк Малер, 12 мая 2021 г., Current Biology.
DOI: 10.1016 / j.cub.2021.04.040
Участие Малера в исследовании было поддержано грантом NSERC Discovery Grant и премией Кена Мияты за полевые исследования Гарвардского университета. Участие Бочча было поддержано грантом NSERC CGS M, грантом National Geographic для молодых исследователей и грантом Sigma Xi в поддержку исследований.
