Но эта точка зрения неверна, по мнению ученых из Университета Юты, которые теперь показали, что птичье дыхание также развилось у зеленых игуан — рептилий, не известных своей аэробной подготовкой. Открытие подтверждает тот факт, что однонаправленный птицеподобный поток возник задолго до появления первых птиц, возник почти 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 были совершенно неправы», — говорит Коллин Фармер, доцент кафедры биологии Университета и ведущий автор нового исследования, опубликованного сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences. . «Люди сделали много предположений о том, как работают легкие у таких животных, как рептилии и крокодилы, но никогда не измеряли поток», — говорит она.У человека и других млекопитающих легкие имеют дыхательные пути с древовидной ветвистой структурой.
Главный ствол в каждом легком разделяется на ветви и побеги. Воздух втекает и выходит приливно. Кислород и углекислый газ попадают в кровь и из нее в крошечных воздушных мешочках, называемых альвеолами, на концах мельчайших ветвей дыхательных путей.
В легких птицы воздушные петли проходят в одном направлении через серию трубок, выстланных кровеносными сосудами для газообмена. Аэродинамические силы действуют как клапаны, поддерживая односторонний поток через циклы вдоха и выдоха.
«В течение многих лет люди думали, что конструкция эволюционировала для удовлетворения энергетических требований полета», — говорит Фармер. «Это все неправильно. Игуаны не летают».Аллигаторы также имеют воздушный поток, похожий на птичий.
Фармер и Кент Сандерс, радиолог из Университета Калифорнии, показали это в исследовании 2010 года. Это было первое свидетельство того, что однонаправленная вентиляция легких могла быть инновацией, появившейся еще до появления птиц. Ранее в этом году Фармер вместе с Эммой Шахнер и Робертом Сиери из Университета Калифорнии и Джеймсом Батлером из Гарвардского университета сообщили, что у варанов также есть однонаправленный поток воздуха через легкие.Эти открытия оставили открытой возможность того, что крокодилы и ящерицы-варан развили свои птицеподобные легкие независимо, то есть их эволюция сошлась на конструкции, подобной птицам.
Обнаружение птицеподобных легких у еще одной группы рептилий является более веским аргументом в пользу происхождения в далеком прошлом общего предка.Чтобы сделать это открытие, Фармер и соавторы Сиери, Шахнер и Брент Крейвен из Университета штата Пенсильвания должны были найти способ визуализировать воздух, движущийся через легкие игуаны.
В одной серии экспериментов они использовали хирургический прицел, чтобы заглянуть внутрь легких живых игуан, когда ящерицы вдыхали безвредный дым из театральной дымовой машины. Они также использовали датчики, которые измеряют скорость и объем воздуха в рассеченных легких.
Основываясь на трехмерном рентгеновском изображении контуров легких игуаны, Крейвен создал компьютерную модель, имитирующую воздушный поток. Прогнозы модели полностью соответствовали паттернам, наблюдаемым в реальных легких. «Это было абсолютно точно с направлениями потока, которые мы наблюдали», — говорит Фармер.Эти открытия ясно показывают, что ученым еще многое предстоит узнать о физиологии легких у других видов, кроме млекопитающих.
В учебниках обычно утверждается, что воздух, входящий и выходящий из легких, течет по градиенту давления от точки с более высоким давлением к точке с более низким давлением, но Фармер говорит, что результаты ее группы показывают, что в легких игуаны «это совсем не то, что происходит». Формы и углы дыхательных путей легких направляют струи воздуха, которые создают однонаправленный поток.
Механика еще не полностью известна, но Фармер говорит, что лучшее понимание может вдохновить на новые способы разработки устройств, которые циркулируют или фильтруют кровь или другие жидкости без использования механических клапанов. «Геометрия этих легких настолько странная, — говорит Фармер, — я не думаю, что какой-либо инженер мог бы придумать такое».
