Про те, як птахи навчилися дихати там, де не вистачає кисню

18

Існує в природі неймовірний птах-гірський, або індійський гусак (anser indicus), який здатний підніматися на висоту 8500 метрів, пролітаючи над гімалаями і еверестом – найвищою горою в світі.

Гірський гусак – один з найбільш висотних пернатих на планеті. Цей птах розміром 70 см і з довжиною крила всього близько 50 см долає планку висоти пташиного польоту і злітає в нижні шари стратосфери, де можуть літати тільки сучасні бойові літаки і надзвукові комерційні лайнери. Про особливості цієї незвичайної птиці читайте нижче.

Nyambayar batbayar

Нагадаємо, що шар стратосфери починається з 10 тисяч метрів і досягає 50 тисяч метрів у висоту, а максимальний політ індійських гусей був зафіксований на висоті 10175 метрів. На такій висоті повітря розріджене настільки, що вертольоти там літати вже не можуть.

Єдині конкуренти гірського гусака – це грифи, які здатні підніматися ще вище: зафіксовані випадки, коли гриф на висоті понад 12000 метрів мав зіткнення з літаком.

Живе перелітний висотний гусак на озерах в горах паміру, тянь-шаню, алтаю, туви, а на зимівлю відправляється в індію. При перельотах гуси долають високогірний гімалайський гірський хребет і найвищу гору планети – еверест . Альпіністи знають, що на вершинах, де немає життя, дуже розріджене повітря, що викликає кисневе голодування, а іноді навіть смерть. але як же птиці вдається здійснювати там перельоти, адже вона така ж жива істота, як і людина?

Andreas gäbler / unsplash.com

Науково-популярний журнал nautilus пояснює, як в ході еволюції у птахів з’явилися дуже ефективні легені, які дають їм можливість вижити в складному середовищі з розрідженим повітрям, де рівень кисню дуже низький.

Гірський гусак – володар дихального органу, який працює так само суперефективно, як і у всіх інших птахів, таких як страуси або голуби. У порівнянні з дихальною системою птахів легкі ссавців і людини – просто примітив!

На відміну від легенів людини, яка вдихає і видихає через одне ротове і носове отвір, у птахів є точка входу і точка виходу, а також повітряні мішки і порожнисті простору в кістках.

Легкі птахів мають односторонній потік повітря. Коли птахи дихають повітрям, то він потрапляє в задні повітряні мішки і легені в задній частині дихального органу, званого повітряними мішечками, а старе повітря після надходження кисню в організм вивантажується з переднього мішка перед легенями.

звідки у птахів такі великі і ефективно влаштовані легені? все просто-вони успадкували їх від своїх предків-динозаврів, оскільки птахи походять від літаючих динозаврів-птеродактилів.

Але чому динозаври мали такі легені?

Nautilus пояснює це ланцюжком подій, що відбулися на нашій планеті близько 450 мільйонів років тому. Перешкодою, з якою зіткнулися рослини, коли вони вперше вийшли на сушу з моря, була гравітація, адже в морській воді перші рослинні організми перебували у зваженому стані.

У перших спробах подолати гравітацію рослини почали розселятися у вигляді мохів, які припускали до поверхонь скель протягом десятків мільйонів років.

З часом рослини еволюціонували і отримали можливість синтезувати лігнін – речовину, необхідну для придбання первинними мохами листя і стебел, як це відбувається в рослинному світі сьогодні. Лігнін-молекула з вуглецю і водню, яка взаємодіє в клітинах з молекулами гнучкої целюлози, в результаті створюється міцна структура, що дозволяє будувати стебла і листя рослини, як з цегли.

Jnix / shutterstock

У ті далекі часи рослини бурхливо розплодилися, але потім зіткнулися з проблемою бактерій і грибів, які після вмирання рослин розкладали їх, але не були здатні розкладати лігнін. Речовина продовжувала накопичуватися на поверхні землі, і велика кількість вуглецю відкладалося у вигляді вугілля.

Ці процеси відбувалися 100 млн років тому, той час названо кам’яновугільним періодом . Вміст вуглекислого газу в атмосфері продовжувало знижуватися, а рівень кисню збільшувався до більш ніж 30%. Така висока концентрація кисню дозволила збільшити розміри представників флори і фауни. Бабки мали метровий розмах крил, а багатоніжки в довжину досягали двох з половиною метрів.

А далі еволюція придумала спосіб знизити концентрацію кисню на планеті, оскільки його підвищення до 43% загрожувало загибеллю всього живого від займання при випадковому ударі блискавки. В ході еволюції з’явився хімічний фермент, здатний розчиняти лігнін і розщеплювати його до вуглекислого газу і води.

Це була суха гниль – грибки , які почали окислювати запаси лігніну, розкладаючи рослини на землі. В результаті концентрація кисню, яка перевищувала 30% 300 мільйонів років тому, впала приблизно до 12% 250 мільйонів років тому.

Як тільки секрет окислення лігніну був зрозумілий, спори грибів і бактерії почали руйнувати всю відмерлу деревину, яка ще не була скам’янілою, використовуючи в процесі кисень, і тому рівень кисню в атмосфері почав швидко знижуватися. При цьому в процесі розпаду витягується кисень з атмосфери і зв’язується з вуглеводнями, в результаті виділяючи діоксид вуглецю (co2) і воду (h2o). саме тоді, кажуть вчені, 95% живих істот на землі загинули.

Urs schweitzer / imagno / getty images

Динозаври були тваринами, народженими в таких суворих умовах на нашій планеті в ті часи. еволюція подбала про гігантів, придумавши для них складну систему легенів з точкою входу і точкою виходу потоку повітря, з порожнистими кістками і повітряними мішками для тимчасового зберігання насиченого киснем повітря.

Andrew bret wallis / the image bank / getty images

Динозаври з ефективними легенями змогли жити в обмеженій кількості кисню. Коли концентрація кисню зросла до 20%, що відбулося за десятки мільйонів років, вони на той час мали дуже великі розміри завдяки легким, які могли доставляти кисень в кожну частину їх масивних тіл.