Αναπνοή—Των Πουλιών και των Εντόμων
ΤΟ κάνετε αυτό γύρω στις 23.040 φορές κάθε μέρα και όμως μόλις που το παίρνετε είδηση. Τι είναι αυτό; Η αναπνοή. Το αναπνευστικό σας σύστημα είναι τόσο καλά σχεδιασμένο και λειτουργεί τόσο αποτελεσματικά, ώστε μόλις που παίρνετε είδηση ότι αναπνέετε αυτή τη στιγμή.
Βέβαια, αν βρισκόσαστε στη κορυφή ενός βουνού, όπου ο αέρας είναι πολύ αραιός, δεν θα ήταν τόσο εύκολο να αναπνεύσετε. Ή, αν θα κολυμπούσατε κάτω από το νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα, πολύ σύντομα θα σας γινόταν επιτακτική η ανάγκη της αναπνοής. Όμως τα πουλιά μπορούν να πετάξουν σε μεγάλα ύψη και να μην έχουν καθόλου δυσκολίες στην αναπνοή. Και υπάρχουν ορισμένα έντομα που, αν και εξαρτώνται από την ατμόσφαιρα για οξυγόνο, μπορούν να αναπνέουν κάτω από το νερό. Πώς το πετυχαίνουν αυτό; Μια κοντύτερη ματιά στον τρόπο με τον οποίο αναπνέουν τα πουλιά και τα έντομα, αποκαλύπτει αληθινά εκπληκτική ευφυΐα και σχεδιασμό.
Η Αναπνοή των Πουλιών
Οποιοσδήποτε έχει πετάξει με αεροπλάνο αντιλαμβάνεται δυο σημαντικούς παράγοντες που είναι αναγκαίοι για την πτήση—ελαφρύς σκελετός και άφθονα καύσιμα. Ο σχεδιασμός του αναπνευστικού συστήματος των πουλιών εξυπηρετεί και τις δυο αυτές ανάγκες.
Η δαπάνη μεγάλης ενέργειας καίει το οξυγόνο πολύ γρήγορα. Ο άνθρωπος αναπληρώνει τα ελλείμματά του σε οξυγόνο αναπνέοντας βαθύτερα και γρηγορότερα. Στα μεγάλα ύψη ο άνθρωπος πρέπει να επιβραδύνει τις κινήσεις του και να αναπαύεται συχνά για να δίνει στον οργανισμό του τον καιρό να αναπληρώνει την έλλειψη του αίματος σε οξυγόνο. Φαντασθείτε μόνο να παρουσίαζαν τα πουλιά τα ίδια συμπτώματα την ώρα που πετούσαν! Αλλά το αναπνευστικό σύστημα των πουλιών τα απαλλάσσει από το πρόβλημα αυτό, έτσι ώστε, ακόμη και αν θα ανέβουν στα 6.000 μέτρα (20.000 πόδια), δεν φανερώνουν κανένα σύμπτωμα δυσκολίας. Τα μάτια τους δεν διογκώνονται, το πρόσωπό τους δεν γίνεται κίτρινο και δεν βαριανασαίνουν. Πώς το πετυχαίνουν αυτό;
Η αναπνευστική λειτουργία ενός πουλιού είναι σχεδιασμένη για ν’ απορροφά όσο περισσότερο οξυγόνο γίνεται. Τα ανθρώπινα πνευμόνια είναι ασκοί ή φυσερά που γεμίζουν και αδειάζουν. Δεν συμβαίνει το ίδιο και με τα πνευμόνια των πουλιών. Αυτά είναι μοναδικά. Ο αέρας μπαίνει μέσα στον πνεύμονα, φυσιολογικά, από το εμπρός άκρο. Αλλά μετά ο αέρας περνάει μέσα από τον πνεύμονα και βγαίνει μέσα στους διάφορους θυλάκους του αέρα με τα λεπτά τοιχώματα, που βρίσκονται στο στέρνο και στην κοιλιακή κοιλότητα. (Βλέπε την εικόνα.) Από το 1758 ακόμη, κάποιος, που τον λέγανε Τζων Χάντερ, ανακάλυψε κάτι αληθινά εκπληκτικό. Βρήκε ότι ένα πουλί με φραγμένη τραχεία και με σπασμένο το κόκαλο της φτερούγας μπορούσε ακόμη να ανασαίνει. Πώς γινόταν αυτό;
Τα οστά των πουλιών δεν περιέχουν μεδούλι· είναι κούφια, κι έχουν αέρα. Τα κούφια αέρινα κοιλώματα στα κόκαλα συνδέονται με τους θυλάκους του αέρα, οι οποίοι, με τη σειρά τους, συνδέονται με τα πνευμόνια. Έτσι, όταν η τραχεία του πουλιού έφραξε, ο αέρας έμπαινε και έβγαινε από τα πνευμόνια μέσα από το σπασμένο κούφιο κόκαλο της φτερούγας. Τι έξυπνος τρόπος για να αντιμετωπίζονται τα προβλήματα του βάρους και των καυσίμων ταυτόχρονα—δοχεία καυσίμων κατανεμημένα σε όλο το σκελετό! Τι θα πούμε όμως για την αποθήκευση των καυσίμων!
Η πραγματική αποθήκευση καυσίμων είναι ελάχιστη. Το πουλί παίρνει καύσιμα, δηλαδή οξυγόνο εν πορεία—στον αέρα! Ο αέρας περνάει μέσα απ’ όλους αυτούς τους θυλάκους και τα περάσματα, έρχεται σε επαφή με μία μεγάλη περιοχή των ιστών, και έτσι επιτρέπει μεγαλύτερη απορρόφηση του οξυγόνου πριν από την εκπνοή. Όμως, το πέταγμα σε μεγάλα ύψη είναι μία υπόθεση εντατικής ενέργειας. Τα καύσιμα πρέπει να χρησιμοποιούνται όσο πιο αποτελεσματικά γίνεται. Γι’ αυτό στο αναπνευστικό σύστημα του πουλιού υπάρχει ενσωματωμένο ένα σύστημα που είναι γνωστό σαν αντίστροφη ροή. Με αυτό, το πουλί μπορεί να παίρνει οξυγόνο από τον αέρα γρήγορα και αποτελεσματικά μέσω μιας πολύ απλής αρχής.
Στον πνεύμονα του πουλιού ο αέρας και το αίμα έρχονται σ’ επαφή μεταξύ τους από αντίθετες κατευθύνσεις. Καθώς ο αέρας μπαίνει μέσα στον πνεύμονα, δίνει ολοένα και περισσότερο οξυγόνο στο αίμα, και το αίμα μπορεί να παίρνει διαρκώς ολοένα και περισσότερο οξυγόνο. Με άλλα λόγια, το «διψασμένο» φλεβικό αίμα έρχεται αρχικά σ’ επαφή με τον αέρα που έχει ελλειπές οξυγόνο και που έχει, σαν να λέγαμε, μονάχα λίγες «σταγόνες» οξυγόνο μέσα του. Το «διψασμένο» αίμα τις απορροφά και περνάει στον «υγρότερο» αέρα, στον οποίο υπάρχει περισσότερο οξυγόνο. Τώρα το αίμα δεν είναι τόσο «διψασμένο», ώστε απορροφάει ολοένα και λιγότερο οξυγόνο. Το τελικό αποτέλεσμα αυτής της υπέροχης διαδικασίας είναι η εξαιρετικά επαρκής πρόσληψη οξυγόνου από τον αέρα. Και αυτό είναι ακριβώς που χρειάζεται το πουλί για να πετάξει σε μεγάλα ύψη!
Η Αναπνοή των Εντόμων
Έχετε ποτέ αναλογιστεί την πιθανότητα να έχει το μυρμήγκι το μέγεθος του ελέφαντα; Φαντασθείτε τι δύναμη θα είχε! Το μυρμήγκι μπορεί να μεταφέρει δυο φορές το βάρος του. Και παρότι τα έντομα είναι μικρά (το μεγαλύτερο, το λεπιδόπτερο Άττακος Άτλας, είναι μονάχα 25 ως 30 εκατοστόμετρα [10-12 ίντσες] από το άκρο της μιας φτερούγας μέχρι το άκρο της άλλης φτερούγας) έχουν φοβερή όρεξη. Στη Βόρεια Ντακότα οι ακρίδες προκάλεσαν ζημιές σε σοδειές και στην ύπαιθρο 1.714.000 δολλάρια (ΗΠΑ) μονάχα σ’ ένα χρόνο! Και πόση θα ήταν η ζημία αν οι ακρίδες είχαν το μέγεθος των αλόγων;
Βέβαια δεν υπάρχει καμιά αιτία για πανικό. Το αναπνευστικό σύστημα των εντόμων τα κρατάει στη θέση τους—στο μέγεθός τους. Σύμφωνα με το Σαϊεντίφικ Αμέρικαν, το αναπνευστικό σύστημα του εντόμου, το οποίο το περιοδικό ονόμαζε «διυλιστήριο βιολογικής μηχανικής σχεδόν απίστευτο,» έχει ενσωματωμένο παράγοντα περιοριστικό του μεγέθους! Επιπρόσθετα, ακριβώς όπως το αναπνευστικό σύστημα του πουλιού είναι ιδανικό για το πέταγμα, έτσι και το αναπνευστικό σύστημα του εντόμου είναι ιδανικό για τον τρόπο της ζωής του. Πώς συμβαίνει αυτό;
Τα έντομα είναι εργοστάσια ενεργείας. Ανάλογα με το μέγεθός τους, επιτελούν Ηράκλειους άθλους. Ώστε οι ανάγκες τους σε οξυγόνο είναι πολύ μεγάλες. Ωστόσο τα έντομα δεν έχουν πνεύμονες. Παρόλ’ αυτά, είναι πράγματι αμφίβολο εάν θα βρείτε κανένα έντομο που να μην αναπνέει! Γιατί; Γιατί έχουν ένα αναπνευστικό σύστημα, που είναι σχεδιασμένο για να αντιμετωπίζει τις απεριόριστες ανάγκες τους.
Στη διάρκεια του εμβρυακού σταδίου, το δέρμα των εντόμων στρέφεται προς τα μέσα σε πολλά σημεία και σχηματίζει κούφιους σωλήνες, οι οποίοι μένουν ανοιχτοί προς την ατμόσφαιρα. Καθώς αυτοί οι σωλήνες γίνονται ολοένα και βαθύτεροι μέσα στο σώμα του εντόμου, διακλαδώνονται πολλές φορές, και κάθε κλαδί γίνεται στενότερο και στενότερο. Τελικά, ένας ή και περισσότεροι από τους σωλήνες αυτούς έρχονται σε επαφή με το κάθε ένα κύτταρο. Έτσι, κάθε κύτταρο έχει έναν απ’ ευθείας αναπνευστικό αγωγό προς την ατμόσφαιρα, πράγμα που σημαίνει ότι το οξυγόνο είναι άμεσα προσιτό για χρήση, χωρίς να υποχρεώνεται να ταξιδέψει μέσα από το σύστημα κυκλοφορίας του αίματος και αυτό είναι ακριβώς που χρειάζεται το έντομο για να αντιμετωπίσει την υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
Αλλά το πρόβλημα με το σύστημα αυτό αναπνοής είναι ότι χρειάζεται διπλή ροή—να εισέρχεται οξυγόνο και να εξέρχεται διοξείδιο του άνθρακα. Οι σωλήνες στο έντομο μπορούν να φέρουν μέσα το οξυγόνο, αλλά τι συμβαίνει με το διοξείδιο του άνθρακα; Διαφορετικά από το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται ευκολότερα μέσα από τους ιστούς. Ώστε δεν προσπαθεί να βγει μέσα από τους σωλήνες. Μάλλον, βγαίνει από το έντομο μέσα από το δέρμα του.
Αν και εξαρτιούνται από την ατμόσφαιρα για την παροχή οξυγόνου, ορισμένες προνύμφες (κάμπιες εντόμων) ζουν κάτω από το νερό. Πώς αναπνέουν εκεί; Μερικές βγάζουν έξω από το νερό ένα σωλήνα «περισκόπιο»—μερικές φορές είναι εφοδιασμένος με βαλβίδα, για την περίπτωση που το νερό θα αγριέψει και μπορεί να μπει μέσα στο σωλήνα. Άλλα ζουν μέσα σε «καταδυτικό κώδωνα,» δηλαδή σε μία φυσαλίδα αέρα. Βέβαια, επειδή χρησιμοποιούν το οξυγόνο της φυσαλίδας, αυτό πρέπει να αντικαθίσταται. Οι ερευνητές σπαζοκεφάλιαζαν για πολλά χρόνια, πώς γίνεται να μπορεί το έντομο να μένει κάτω από το νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ θα έπρεπε να έχει σωθεί το οξυγόνο που υπήρχε μέσα στη φυσαλίδα. Πώς ήταν δυνατό αυτό;
Εδώ παίζει ρόλο η διαδικασία της διαπιδύσεως. Καθώς η πίεση του οξυγόνου μέσα στη φυσαλίδα γίνεται μικρότερη από την πίεση που έχει το οξυγόνο που βρίσκεται μέσα στο νερό που περιβάλλει τη φυσαλίδα, το οξυγόνο του νερού μπαίνει ορμητικά μέσα στη φυσαλίδα. (Θυμηθείτε το νερό αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου.) ‘Αλλά γιατί η φυσαλίδα δεν διαλύεται;’ μπορεί να αναρωτηθείτε. Να γιατί, υπάρχει άζωτο μέσα στον αέρα της φυσαλίδας και αυτό δεν διαλύεται στο νερό· προτιμάει να μένει μέσα στη φυσαλίδα. Ώστε, ενώ η προνύμφη του εντόμου δεν χρειάζεται το άζωτο για τον μεταβολισμό της, το «βιοτικό της σύστημα» ασφαλώς εξαρτάται απ’ αυτό!
Βέβαια, τώρα που ρίξαμε μια ματιά στον τρόπο που αναπνέουν τα πουλιά και τα έντομα, συμφωνείτε ότι τα αναπνευστικά συστήματα των πλασμάτων αυτών αντανακλούν πραγματικά αξιοθαύμαστη νοημοσύνη και σχεδιασμό. Αλλά μήπως το βρίσκετε εύκολο να πιστέψετε ότι η τυφλή σύμπτωση ή τα ίδια τα πουλιά και τα έντομα εξέλιξαν αυτά τα συστήματα αναπνοής, τα οποία εξαρτώνται τόσο πολύ από επιστημονικές αρχές; Ή βγάζετε και σεις το ίδιο συμπέρασμα όπως ο φημισμένος εφευρέτης Θωμάς Έντισον, που είπε: «Μετά από χρόνια έρευνας των φυσικών διαδικασιών, δεν μπορώ να αμφιβάλω για την ύπαρξη μιας Ανώτερης Νοημοσύνης»;
[Εικόνα στη σελίδα 22]
Το Αναπνευστικό Σύστημα του Πουλιού
Τραχεία
2 Πνεύμονες
Θύλακοι
[Εικόνα στη σελίδα 23]
Το Αναπνευστικό Σύστημα του Εντόμου—Πώς Λειτουργεί
Χωρίς Πνεύμονες
Σωλήνας
Κύτταρα