Cientos de millones de años atrás, ancestros 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 respiraron aire comenzaron a vivir en la tierra a tiempo completo. . Hoy en día, los humanos solo pueden respirar agua con 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 "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 ambientes acuosos?
De hecho, hay una gran cantidad de 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 mundo del agua han desarrollado varios otros métodos para acceder al oxígeno en el agua, según los expertos, Live Science.
Una tecnica antigua
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 el oxígeno y el dióxido de carbono, dijo Rebecca Helm, profesora asistente de la Universidad de Carolina del Norte, Asheville, a Live Science.
De hecho, las primeras formas de vida microbiana de la Tierra que usaban oxígeno lo obtuvieron de la misma manera que las jaleas, 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 comenzaron a bombear oxígeno a la atmósfera", según el científico del océano 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 celular externa y una capa celular 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 a Live Science en un correo electrónico.
Sin embargo, también hay inconvenientes para "respirar" a través de la difusión.
"Es mucho más lento que usar un sistema circulatorio para llevar oxígeno a los confines del cuerpo. Eso probablemente significa que hay un límite en cuanto a la capacidad de crecimiento 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 la piel llamadas papulas, y a través de surcos en otras estructuras llamadas pies tubulares, el zoólogo invertebrado Christopher Mah, investigador del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural en Washington, D.C., dijo a Live Science.
Sin embargo, algunos tipos de pepinos de mar de aguas poco profundas tienen un tipo diferente de adaptación especializada para la respiración: una estructura de "árbol" respiratorio ubicada en la cavidad del cuerpo cerca del ano. A medida que la abertura rectal del pepino absorbe agua en su cuerpo, el árbol respiratorio extrae oxígeno y expulsa dióxido de carbono.
"Literalmente respira por el culo", dijo Mah.
Un "plano básico"
En los peces, las branquias han demostrado ser un sistema exitoso para la respiración, ya que utilizan 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 plan básico", dijo a Live Science Solomon David, profesor asistente del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Estatal de 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 por 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. Según David, su estructura puede variar entre especies para satisfacer sus necesidades de oxígeno. Las branquias de un atún que nada rápidamente, por ejemplo, variarán un poco de las de un pez que es un depredador de mentir y esperar, como un gargantilla de cocodrilo.
"Si usted es un depredador activo que está en movimiento todo el tiempo, tendrá agallas diferentes para mayores demandas 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 su morfología branquial cuando su hábitat acuoso 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 sus cabezas. Este es un rasgo larval 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 en la edad adulta, dijo Kirsten Hecht, ecóloga acuática de la Facultad de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la Universidad de Florida, a Live Science en un correo electrónico.
El pulmón, un grupo de peces que respiran aire y agua usando una vejiga natatoria modificada, también tienen branquias externas cuando son jóvenes, "pero casi todas las especies de peces pulmón los pierden antes de llegar a la edad adulta", dijo Hecht.
Artículo original sobre Ciencia viva.
