У игуан обнаружены однонаправленные легкие, удивительно похожие на птичьи
У птиц воздух движется по однонаправленной петле через легкие как на вдохе, так и на выдохе. Десятилетиями биологи считали эту особенность уникальной адаптацией к высоким энергозатратам полета.
Однако это представление ошибочно. Ученые из Университета Юты показали, что птичье дыхание развилось и у зеленых игуан — рептилий, не известных высокой аэробной выносливостью. Это открытие укрепляет гипотезу, что однонаправленный поток воздуха эволюционировал задолго до появления первых птиц, около 300 миллионов лет назад, у общего предка ящериц, змей, крокодилов и динозавров, включая птиц.
"Мы думали, что понимаем, как работают эти легкие, но на самом деле большинство из нас полностью заблуждалось", — говорит Коллин Фармер, ведущий автор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Разные принципы дыхания:
- У млекопитающих (включая человека): воздух движется приливно-отливным способом по древовидной структуре бронхов, а газообмен происходит в альвеолах.
- У птиц и, как выяснилось, у игуан: воздух циркулирует в одном направлении по системе трубок, выстланных кровеносными сосудами. Аэродинамические силы работают как клапаны, поддерживая однонаправленный поток.
"Годами люди думали, что такая конструкция развилась, чтобы удовлетворить энергетические потребности полета. Это не так. Игуаны не летают", — отмечает Фармер.
Ранее ее группа обнаружила аналогичный паттерн дыхания у аллигаторов (2010 г.) и варанов (2023 г.). Новое открытие у третьей группы рептилий снижает вероятность конвергентной эволюции и усиливает аргумент в пользу общего древнего происхождения.
Методы исследования:
- Наблюдение за движением безвредного театрального дыма в легких живых игуан с помощью хирургического эндоскопа.
- Измерение скорости и объема воздуха в препарированных легких.
- Компьютерное моделирование потока на основе 3D-рентгеновских изображений легких. Предсказания модели точно совпали с наблюдаемыми паттернами.
Открытия показывают, что классические представления о движении воздуха по градиенту давления не всегда верны. В легких игуан форма и углы воздушных путей создают струи, обеспечивающие однонаправленный поток.
Изучение этой "странной" геометрии легких, которую "ни один инженер не додумался бы спроектировать", может вдохновить на создание новых устройств для циркуляции или фильтрации жидкостей без механических клапанов.