ZRAČNA VREČA: EVOLUCIJA, KATERE ŽIVALI NAJDEMO, DELUJE - BIOLOGIJA - 2025

V mešičkov so votline stalni zraka v organizme. Prisotnost teh vrečk v kosteh imenujemo pnevmatičnost, njihov nastanek med razvojem kosti pa imenujemo pnevmatizacija.

Porazdelitev teh vrečk v telesu organizmov je sorazmerno raznolika. Prisotne so lahko v kosteh (skeletna pnevmatika), kot so lobanja, vretenca, rebra, prsnica in druge. Prisotni so tudi kot del dihalnega sistema mnogih živali.

Lobanja tirannosavra rex. Te živali so imele ogromne, zmešane lobanjske kosti, vendar so imele številne majhne zračne prostore, zaradi česar so bile lažje. Posneto in urejeno od AE Anderson, prek Wikimedia Commons.

Znanstveniki verjamejo, da razvoj zračnih vrečk omogoča živalim, ki jim predstavljajo, da imajo ali izboljšajo ravnovesje, učinkovito hladijo svoje telo in povečajo izmenjavo plinov.

Raznolikost organizmov, ki jih imajo te vreče, sega od ptic in sesalcev do žuželk. Še danes je znano, da so imeli dinozavri pnevmatske kosti, torej kosti z zračnimi vrečami.

Evolucija

Od trenutnih živali imajo ptice največje število struktur z zračnimi vrečami v telesu. Z evolucijskega vidika so ptice sedanji potomci dinozavrov.

Znano je, da se ptice razvijajo od malih mesojedih dinozavrov. Ti dinozavri so živeli v poznem jurju ali pozneje (pred približno 152 do 163 milijoni let), kažejo podatki fosilov, odkriti na Kitajskem in v Južni Ameriki.

Vendar naj bi prednik vseh sedanjih ptic živel v pozni kredi ali pozneje (pred približno 72 do 100 milijoni let). Ta prednik je preživel v naslednjih 65 milijonih let, ki so pretekla po množičnem izumrtju dinozavrov.

Raziskovalec Peter Ward je leta 2006 predlagal, da bi se prvi zračni vrečki pri dinozavrovih pojavili pri organizmih, ki so živeli v obdobju triasa (pred približno 252 milijoni let).

Ta struktura je bila evolucijskega značaja, kar je omogočilo, da so se organizmi, ki so jo imeli, prilagodili nizkim nivojem kisika, ki so obstajali v tem obdobju.

Ta lastnost se trenutno ohranja pri potomcih dinozavrov, ptic. Prisotnost teh vrečk v drugih zooloških skupinah je lahko posledica mehanizma vzporedne ali parafiletne evolucije.

Pri ljudeh

Po drugi strani pa imamo ljudje paranazalni sinusi. To je sistem zračnih votlin, ki se nahajajo v glavi; v čelni, etmoidni, sfenoidni kosti in v zgornji čeljusti.

O evolucijskih vidikih paranazalnih sinusov pri neandertalcih in sodobnem človeku je veliko polemike. Zagotovo ni znano, kakšen je izvor in evolucijska funkcija.

Ena od predpostavk o prisotnosti teh zračnih vrečk je prilagajanje na ekstremni mraz. Veliko se je razpravljalo o temi in s številnimi nasprotniki.

V evoluciji je bilo sporno tudi prisotnost zračnih vrečk v hominidih in drugih vretenčarjih. Ti vrečki so se pojavljali in izginjali v različnih skupinah, tudi v nepovezanih rodovih.

Predlagane so različne hipoteze o prisotnosti pnevmatizacije ali zračnih prostorov v lobanji vretenčarjev. Med temi hipotezami izstopajo naslednje: prilagoditve na mraz, razpršitev žvečilne sile, kranično osvetlitev in shranjevanje snovi.

Pri katerih živali najdemo zračne vreče?

Prvi znani organizmi, ki so predstavljali zračne vreče, so bili dinozavri. Prisotni so bili v skupini ptrozavrov (Leteči dinozavri) in Savrščanov.

Slednje so zastopali Pteropodi (kot Tyrannosaurus rex) in Sauropods (kot veliki dolgi vratovi).

Od trenutnih živali so ptice tiste, ki imajo v telesu največ zračnih vrečk. Prisotni so pri vseh ali večini vrst ptic.

Te strukture najdemo tudi pri drugih vretenčarjih, kot so sesalci, tako v kosteh kot v delu dihal.

Druge živali, ki imajo zračne vreče ali strukture, imenovane kot take, so žuželke. Ti členonožci imajo zračne vrečke kot del svojega dihala. Prisotni so kot dilatacije ali razširitve sapnikov.

Lastnosti

Na dinozavre

Izpostavljene so različne hipoteze o funkcionalnosti skeletnih in ne skeletnih zračnih vrečk pri dinozavrovih.

Prisotnost teh prostorov lahko kaže na to, da jim je v teh organizmih pomagala do visoke presnovne aktivnosti, saj so vrečke povečale sposobnost dihanja.

Nekateri avtorji tudi predlagajo, da so zračni vrečki izboljšali ravnovesje in zmanjšali rotacijsko vztrajnost. Ta zadnja hipoteza pa je zelo sporna, saj ne velja v skupinah, kot so Sauropodi.

Druga hipotetična funkcija zračnih votlin je uravnavanje telesne temperature. Prisotnost perja, ki prekriva telo, ali aktivnost leta, bi lahko ogrela telo.

Vrečke bi potem delovale kot sredstvo za odvajanje odvečne toplote. Prisotnost pnevmatskih kosti pri dinozavrih jim je omogočila lažje kosti in olajšala razvoj velikanskih živih oblik.

Pri pticah

Pri ptičih lahko koščene zračne vrečke vidimo kot majhne komore, ki nabreknejo in izpuhtijo. To povzroči pretok plina v ločeno komoro, analogno tistemu, kar se zgodi v pljučih.

Predstavljajo tudi koščene zračne votline. Prisotnost teh prostorov je pticam omogočila lažje kosti. To pa je večini teh organizmov omogočilo letenje.

Poleg tega jim je pomagal imeti zelo učinkovite dihalne sisteme, porazdeliti skeletno maso in celo verjamejo, da nekaterim pticam omogočajo letenje na visoki nadmorski višini.

Zračne vreče brez skeleta pri pticah in dinozavrih. Vzeto in urejeno iz CNX OpenStax, prek Wikimedia Commons.

Pri sesalcih

Pri sesalcih obstajajo zračne vreče v tako imenovanih paranazalnih sinusih. To so divertikule, ki pripadajo nosni votlini. Vsebujejo zrak in so del kosti lobanje.

Glede funkcij teh pnevmatiziranih struktur obstaja več hipotez. Te hipoteze vključujejo razsvetlitev lobanje, izmenjavo toplote in odvajanje ter uporabo za izločanje sluzi.

Študija teh funkcij je bila izvedena z uporabo živali, kot so konji, prežvekovalci, mesojedi, majhni hišni ljubljenčki (psi in mačke), celo pri ljudeh.

Pri žuželkah

Zračne vreče žuželk so komore z veliko zmogljivostjo za širjenje. Povezani so s sapniki in njihova funkcija je shranjevanje zraka in olajšanje letenja.

Reference

1. Zračna vreča. Anatomija. Pridobljeno od britannica.com.
2. Skeletna pnevmatika. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org.
3. Izvor ptic. Pridobljeno iz evolution.berkeley.edu.
4. P. Ward (2006). Zunaj zraka: Dinozavri, ptice in starodavno ozračje Zemlje. National Academies Press.
5. V. Dressino & SG Lamas (2014). Spori o evolucijski vlogi paranazalnega sinusa Pnevmatizacija pri ljudeh in neandertalcih kot prilagajanje ekstremnemu mrazu. Ludus Vitalis.
6. Matt Wedel: Lov na napihljivi dinozaver. Pridobljeno iz ucmp.berkeley.edu
7. H. Brooks. (2018). Pnevmatizirane kosti pomagajo znanstvenikom pri preučevanju razvoja dihanja pri pticah in dinoavrih. Pridobljeno z upi.com.
8. R. Zárate, M. Navarrete, A. Sato, D. Díaz, W. Huanca (2015). Anatomski opis paranazalnih sinusov Alpake (Vicugna pacos). Časopis za veterinarske raziskave Perua.