Como os animais respiram debaixo d'água?

Centenas de milhões de anos atrás, ancestrais muito, muito distantes dos humanos - e de todos os animais terrestres com espinha dorsal e quatro membros - tinham essa capacidade de respirar na água, mas foi perdida depois que as primeiras criaturas com respiração aérea começaram a viver na terra em tempo integral . Hoje, os humanos só podem respirar na água usando equipamentos especiais - ou em filmes como "Aquaman" (Warner Bros. Pictures), sobre personagens de quadrinhos com habilidades subaquáticas únicas.

A história dos quadrinhos explica como o híbrido meio humano e meio atlante Aquaman (Jason Momoa) do filme e todos os seus primos atlantes de aparência humana podem respirar nas profundezas do oceano - "guelras" são mencionadas, embora não sejam visíveis, e os detalhes são deixados para a imaginação do espectador. Mas como exatamente as criaturas do mundo real respiram em seus ambientes aquáticos? [Fotos: Veja as criaturas marinhas mais fofas do mundo]

Acontece que há bastante oxigênio dissolvido na maioria dos mares, lagos e rios do planeta, embora nossos pulmões que respiram ar simplesmente não consigam processá-lo. Mas os habitantes da água do mundo desenvolveram vários outros métodos para acessar o oxigênio na água, disseram especialistas .

Uma técnica antiga

Alguns animais, como as águas-vivas, absorvem o oxigênio da água diretamente através da pele. Uma cavidade gastrovascular dentro de seus corpos tem um duplo propósito: digerir alimentos e transportar oxigênio e dióxido de carbono ao redor, disse Rebecca Helm, professora assistente da Universidade da Carolina do Norte, Asheville. .

Na verdade, as primeiras formas de vida microbiana da Terra, que usavam o oxigênio, o obtinham da mesma forma que as geleias - por difusão. Essa forma de respiração provavelmente apareceu por volta de 2,8 bilhões de anos atrás, "algum tempo depois que as cianobactérias começaram a bombear oxigênio para a atmosfera", segundo o cientista oceânico Juli Berwald, autor de "Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone" (Riverhead Livros, 2017).

"Porque eles têm apenas uma camada celular externa e uma camada interna de células e seus interiores são gelatinosos e não têm células, eles não precisam de tanto oxigênio quanto os animais que têm tecidos reais no interior", disse Berwald por e-mail.

No entanto, também existem desvantagens em "respirar" por meio da difusão.

"É muito mais lento do que usar um sistema circulatório para levar oxigênio a partes distantes do corpo. Isso provavelmente significa que há um limite para o crescimento de águas-vivas grandes", acrescentou Berwald..

Método back-door

A respiração através da difusão de oxigênio pela superfície do corpo também é encontrada em equinodermos - um grupo de animais marinhos que inclui estrelas do mar, estrelas do mar, ouriços do mar e pepinos do mar.

Estrelas do mar absorvem oxigênio à medida que a água flui sobre protuberâncias em sua pele, chamadas de pápulas, e através de ranhuras em outras estruturas chamadas pés tubulares, disse o zoólogo invertebrado Christopher Mah, pesquisador do Museu Nacional de História Natural Smithsonian em Washington, D.C. .

Alguns tipos de pepinos-do-mar de águas rasas, entretanto, têm um tipo diferente de adaptação especializada para respirar: uma estrutura de "árvore" respiratória localizada na cavidade corporal próxima ao ânus. À medida que a abertura retal do pepino suga água para seu corpo, a árvore respiratória extrai oxigênio e expele dióxido de carbono.

"Ele literalmente sai da bunda", disse Mah. [Perigos nas profundezas: 10 criaturas marinhas mais assustadoras]

Um "projeto básico"

Em peixes, as guelras provaram ser um sistema de respiração bem-sucedido, usando uma rede de vasos sanguíneos para puxar o oxigênio da água corrente e difundi-lo através das membranas das guelras, de acordo com o Northeast Fisheries Science Center.

Na maioria dos peixes, as guelras têm "o mesmo projeto básico", disse Solomon David, professor assistente do Departamento de Ciências Biológicas da Nicholls State University em Louisiana. .

"Eles são feitos para ter essa troca de gás em contracorrente - puxar o oxigênio e liberar resíduos", disse David. Quando os peixes abrem a boca, eles criam uma corrente de água fluindo sobre suas guelras. Tecido avermelhado e altamente vascularizado suga oxigênio e expele dióxido de carbono, "uma espécie de capilares em nossos alvéolos", disse ele.

No entanto, as guelras não são exatamente iguais para todos. Sua estrutura pode variar entre as espécies para atender às suas necessidades de oxigênio, de acordo com David. As guelras de um atum de natação rápida, por exemplo, variam um pouco daquelas de um peixe que é um predador de mentir e esperar, como um jacaré.

"Se você é um predador ativo que está sempre em movimento, terá brânquias diferentes para uma maior demanda de oxigênio", disse David..

A forma das brânquias pode até variar entre indivíduos da mesma espécie, dependendo das condições de oxigênio na água onde vivem, acrescentou. Estudos têm mostrado que os peixes podem adaptar sua morfologia branquial quando seu habitat aquático se torna poluído; com o tempo, seus filamentos de guelras tornam-se mais condensados, para resistir aos contaminantes da água.

Alguns anfíbios aquáticos também possuem guelras - estruturas ramificadas que se estendem para fora de suas cabeças. Esta é uma característica larval em anfíbios que desaparece à medida que a maioria das espécies amadurece, mas as salamandras aquáticas como as sereias retêm essas guelras externas até a idade adulta, disse Kirsten Hecht, ecologista aquática da Escola de Recursos Naturais e Meio Ambiente da Universidade da Flórida, por e-mail.

Os peixes pulmonados - um grupo de peixes que respiram tanto ar quanto água usando uma bexiga natatória modificada - também têm guelras externas quando são jovens, "mas quase todas as espécies de peixes pulmonados as perdem antes de atingir a idade adulta", disse Hecht..

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