Krokodiller trækker vejret som fugle

Alligatorer trækker vejret på samme måde som fugle, viser ny forskning. Billedet her forestiller en CT-skanning af en 11 kilo stor amerikansk alligator. En tredimensionel computersimulering afslører alligatorens sindrige luftrørssystem, som har været med til at afsløre, at alligatorers lungefunktion har meget til fælles med fugle og adskiller sig markant fra menneskers ved at luften kun bevæger sig i en retning, både ved indånding og udånding. Kort fortalt bevæger luften sig først igennem de grønne områder fra hoved mod hale og derfra i det blå område, hvor et "U-turn" dirigerer luften videre fra hale mod hoved (Foto: C. G. Farmer, Utah University).

Indtil i dag troede man, at det kun var fugle, som var udstyret med et særligt åndedrætssystem, som gør dem i stand til at trække vejret effektivt, mens de flyver i tynd luft med et lavt iltindhold. For eksempel er der fugle, der trækker over Andesbjergene og Mount Everest uden at fortrække en mine, mens mennesker ville dejse om i de tynde luftlag.

Men fugles unikke position, når det gælder vejrtrækning, bliver nu for alvor truet. To amerikanske forskere fra Utah University har nemlig kigget alligatorers åndedrætssystem i sømmene med CT-skanninger og indopererede 'flowmetre'. Målingerne viser, at den indåndede luft kun løber i én retning gennem luftvejene. Præcis som hos fugle.

Resultaterne offentliggøres i dag i det videnskabelige tidsskrift Science.

»Det er en dødspændende opdagelse. Den giver os ny viden om krybdyrs lungefunktion og vigtigst af alt: Den særlige måde, som fugle trækker vejret på, var øjensynligt ikke noget de selv opfandt fra bunden. Det var tværtimod deres tidligste forfædre, som også var forfædre til andre krybdyr som krokodiller og dinosaurer. Det åbner også muligheden for, at andre nulevende krybdyr som skildpadder og varaner også trækker vejret på samme måde,« siger professor Tobias Wang fra Biologisk Institut på Aarhus Universitet. 

Tobias Wang er ekspert i kredsløb og respiration hos krybdyr og var en af de tre bedømmere, som evaluerede det videnskabelige arbejde og gav grønt lys for, at forskerne kunne få offentliggjort deres resultater i Science.

Unik lungefunktion

Det, der gør fugles og nu alligatorers lungefunktion unik er, at den indåndede luft kun går en vej gennem dyrenes sindrige system af luftrør, som for alligatorernes vedkommende ved første øjekast kunne ligne et godt stykke blikkenslagerarbejde. På den måde adskiller deres lungefunktion sig fra andre hvirveldyr inklusiv os mennesker.

De nye forskningsresultater viser, at alligatorer i høj grad har et ligeså sindrigt system, som minder om fuglenes, hvor luften kun går en vej. Dog uden luftsække.

- Professor Tobias Wang

Prøv for eksempel et øjeblik at trække dit vejr dybt ind: Du trækker luft dybt ind i dine lunger, og luften ender i alveolernes blindgyder, hvor ilten bliver transporteret over i vores blod via kapillærer. Herfra går luften den anden vej og ender i vores udåndingsluft. Luften bevæger sig altså i to retninger.

Hos fugle sker der noget andet. Det første åndedrag af luft ender i en sæk tæt på fuglens hale. Derefter bliver det transporteret gennem lungerne til nye sække, som sidder tæt på fuglens kranium. Og derfra ryger luften ud igen via fuglens næb. Igennem hele processen har luften kun bevæget sig i en retning, som nærmest er cirkulær.

»De nye forskningsresultater viser, at alligatorer i høj grad har et ligeså sindrigt system, som minder om fuglenes, hvor luften kun går en vej. Dog uden luftsække,« siger Tobias Wang.

Ældgammel lungefunktion

Den nye forskning kan måske også være med til at forklare, hvorfor det lykkedes forfædrene til dinosaurer, krokodiller og fugle, de såkaldte archosaurer, at overleve den store masseudryddelse, som fandt sted for 251 millioner år siden.

Det er amerikanske alligatorer på omtrent 11 kilo, som har lagt krop til forsøgene, der afslører, at fugle og alligatorer trækker vejret på nærmest den samme måde (Foto: Hannah J. Chirillo)

På overgangen mellem perm- og triastid, hvor 70 procent af alt liv på jord forsvandt og 96 procent af havlivet forsvandt. Iltindholdet i atmosfæren var angiveligt meget lavt i denne periode, ca. 12 procent sammenlignet med de 21 procent, som vi har i dag.

»Måske var det archosaurernes særlige lungefunktion, som gav dem en overlevelsesfordel på den tid, som gjorde dem i stand til at være aktive og jage på trods af et stort underskud af ilt. Måske er det en del af forklaringen på, at vi har fugle, krokodiller og andre krybdyr blandt os i dag,« siger Tobias Wang.

Fugle stadig bedre

De nye resultater skal dog ikke nødvendigvis forstås sådan, at krokodiller i dag er udstyret med en fremragende lungefunktion, som kan matche fugles. Tobias Wang forklarer.

»Fuglene har gennem deres udviklingshistorie, hvor de er gået fra at være koldblodede til at blive varmblodede, forfinet deres lungefunktion, som har muliggjort, at de kan opretholde et højt stofskifte og trække vejret under deres flyvninger. Den udvikling har krokodillerne ikke oplevet, og lever stadig med en forholdsvis, primitiv lungefunktion og et lavt stofskifte,« siger Tobias Wang.

Luftveje stadig et mysterium

Forskningen åbner også for en ny række spørgsmål. Tobias Wang hentyder til, at forskerne på trods af et fantastisk arbejde ikke har analyseret, hvad det fuglelignende åndedrætssystem får af betydning for iltoptagelsen i blodet hos alligatorerne. Og de har heller ikke fundet ud af, hvordan krokodillernes luftveje tvinger luften rundt i den samme retning.

»Vi ved stadig ikke, hvad det er for nogle aerodynamiske forhold eller eventuelle lungeklapper, der tvinger luften rundt i en bestemt retning både hos krokodiller og fugle. Det er stadig et mysterium,« siger Tobias Wang.

Han er i øjeblikket ved at skrive et kapitel om krybdyrs lungefunktion til en ny udgave af den medicinske lærebog 'Handbook of Physiology'. Den nye opdagelse vil ifølge Tobias Wang helt sikkert få en prominent plads i kapitlet.

»Vi er blevet klogere på krybdyrs lungefunktion, og det skal selvfølgelig åbenbares for bogens læsere,« siger Tobias Wang.
 

Reference og links

Unidirectional Airflow in the Lungs of Alligators. Science 15 January 2010. Vol. 327. no. 5963, pp. 338 - 340. DOI: 10.1126/science.1180219 Tobias Wangs profilside Avian Respiration (om fugles vejrtrækning, på engelsk) Læs også på videnskab.dk: Everest-ekspedition bliver slået af fugle Krybdyr er snedige nok til at overleve global opvarmning Sagde tyrannosaurus vuf?  Sådan fik skildpadden sit skjold Tyrannosaurusen var en kylling

Alligatorer i laboratoriet Tre eksperimenter afslørede den ensrettede luftstrøm gennem alligatorernes lunger: Seks fuldt bedøvede amerikanske alligatorer fik indsat flowmetre ind i lungerne, der kunne måle den indåndede lufts hastighed og retning.   Lunger, som blev fjernet fra døde alligatorer, blev pumpet fulde med luft, som viste at luftstrømmen bevægede sig i en retning i flere lag af små luftrør ned indbyggede loops for endelig at ende i det store luftrør (trachea) som udåndingsluft.   Ved brug af lunge fra en anden død alligator, henholdsvis sprøjtede og sugede forskerne væske ind og ud af lungerne. Væsken var tilsat fluorescerende kugler, så de kunne følge væskens strømning gennem lungerne. Forskerne antog i deres arbejde, at strømningen af væske i høj grad ville ligne strømmen af luft. Forsøget viste, at væsken kun bevægede sig i én bestemt retning rundt i lungens rørsystem. Kilde: Utah University