Διάφορα πουλιά, όπως οι αετοί, τα γεράκια, ακόμη και οι γύπες, εκμεταλλεύονται τα ανοδικά ρεύματα του αέρα για να γλιστρούν και να παραμένουν στον αέρα χωρίς να χρειάζεται να κουνούν τα φτερά τους για κάποιο χρονικό διάστημα. Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων ανακάλυψε ότι αυτά τα πτηνά χρησιμοποιούν επίσης τους πνεύμονες τους για να βελτιώσουν τη μηχανική του πτήσης.
Η μελέτη, υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, ανακάλυψε πως το κάνουν: ένας αερόσακος μέσα στους πνεύμονες των πτηνών αυξάνει τη δύναμη που χρησιμοποιούν για να κινητοποιήσουν τους μυς της πτήσης ενώ ανεβαίνουν.
Η έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature, δείχνει ότι “το αναπνευστικό σύστημα επηρεάζει και τροποποιεί την απόδοση του μηχανισμού πτήσης στα πουλιά που πετούν ολισθηρά”, τονίζει η εξελικτική βιολόγος του Πανεπιστημίου της Φλόριντα και επικεφαλής της μελέτης, Emma Schachner.
Ενώ οι πνεύμονες των θηλαστικών έχουν παλιρροϊκή αναπνοή, δηλαδή ο αέρας μπαίνει και βγαίνει από την ίδια οδό, στα πτηνά είναι διαφορετικά: ένας σταθερός πνεύμονας λαμβάνει αέρα που αντλείται σε μία σταθερή κατεύθυνση από μια σειρά αερόσακων σε σχήμα μπαλονιού που διαστέλλονται και εκτοξεύουν τον αέρα.
Από αυτούς τους αερόσακους εκτείνονται πολλές μικρές προεκτάσεις που ονομάζονται εκκολπώματα, τα οποία ποικίλλουν σε αριθμό και μέγεθος ανάλογα με το είδος και οι λειτουργίες των οποίων δεν είναι ακόμα καλά κατανοητές.
Η ανακάλυψη αυτού του μοναδικού αερόσακου, γνωστού ως υποθωρακικό εκκόλπωμα ή SPD, προέκυψε κατά λάθος. Ενώ η Schachner παρατηρούσε μια αξονική τομογραφία ενός γερακιού, παρατήρησε μια τεράστια προεξοχή ανάμεσα στον μυ που κτυπά προς τα κάτω (μείζων θωρακικός) και τον μυ που κτυπά προς τα πάνω (υπερακάνθιος). Και οι δύο βρίσκονται στο μπροστινό μέρος του στήθους του πτηνού.
Αυτό που έκανε τη Schachner να σκεφτεί ότι αυτός ο αερόσακος θα μπορούσε να είναι σημαντικός για τη μηχανική της πτήσης και για να το επαληθεύσει, εξέτασε την παρουσία ή απουσία αυτού του αερόσακου σε 68 είδη πτηνών και την εξελικτική τους γενετική.
Το αποτέλεσμα δεν άφηνουν αμφιβολία: Το SPD έχει εξελιχθεί στους πτητικούς κλάδους τουλάχιστον επτά φορές και απουσιάζει σε όλα τα πτηνά που δεν πετούν, ένα εξελικτικό πρότυπο που “υποδηλώνει ξεκάθαρα ότι αυτή η μοναδική δομή είναι λειτουργικά σημαντική για την πτήση σε ύψος”, υποστηρίζει η Schachner.
Ψηφιακά μοντέλα
Για να κατανοήσει τον αντίκτυπο αυτού του αερόσακου στη μηχανική της πτήσης, η Schachner μοντελοποίησε ψηφιακά την επίδραση του στον μείζονα θωρακικό μυ, επικεντρώνοντας την προσοχή της στα κόκκινα γεράκια και στα γεράκια του Σουαϊνσον. Το μοντέλο επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να αλλάξουν την ανατομία του γερακιού και να αφαιρέσουν το SPD για να κατανοήσουν καλύτερα τον αντίκτυπό του στην πτήση του πτηνού.
Τα υπολογιστικά μοντέλα έδειξαν ότι το φούσκωμα του αερόσακου αυξάνει το μοχλό του μείζονα θωρακικού μυ.
Επιπλέον, η ομάδα ανακάλυψε ότι η ανατομία του μείζονα θωρακικού μυ των πτηνών που πετούν στα ύψη διαφέρει σημαντικά από αυτήν των πτηνών που δεν πετούν, με τρόπους που βελτιώνουν τη δημιουργία δύναμης, αποδεικνύοντας ότι το SPD βελτιστοποιεί τη λειτουργία του μείζονα θωρακικού μυ στα πτητικά πτηνά, βελτιώνοντας την ικανότητα τους να διατηρούν το φτερό σε στατική και οριζόντια θέση.
«Μέρος της σημασίας αυτής της ανακάλυψης είναι ότι αλλάζει την αντίληψή μας για την αλληλεπίδραση μεταξύ κίνησης και αναπνοής», λέει η Schachner.
“Από προηγούμενες μελέτες, γνωρίζαμε ότι η κίνηση, όπως το χτύπημα των φτερών, αυξάνει τον πνευμονικό αερισμό. Αλλά τώρα έχουμε δείξει ότι ο πνεύμονας μπορεί επίσης να τροποποιήσει θεμελιωδώς τη λειτουργία της κίνησης στα πτητικά πτηνά”, υπογραμμίζει.
Η ομάδα απέκλεισε άλλες πιθανότητες για τη λειτουργία του SPD. Παρατηρώντας τομογραφίες αξονικής τομογραφίας ενός κόκκινου γερακιού ενώ ανέπνεε, απέδειξαν ότι τα πουλιά μπορούν να συρρικνώσουν εσκεμμένα τον αερόσακο και να συνεχίσουν να αναπνέουν και μπορούν επίσης να τον ανοίξουν και να τον κλείσουν ανεξάρτητα.
Παρά αυτές τις ανακαλύψεις, η ομάδα πιστεύει ότι οι πνεύμονες των πτηνών μπορεί να έχουν πολλές άλλες μη αναπνευστικές λειτουργίες που ακόμη δεν γνωρίζουμε.
“Τα πτηνά είναι διαφορετικά. Σκεφτείτε πόσο διαφορετικός είναι ένα στρουθοκάμηλος από έναν κολιμπρί ή έναν πιγκουίνο. Είναι πιθανό οι πνεύμονες τους να εμπλέκονται σε μια σειρά από λειτουργικές και συμπεριφορικές δραστηριότητες που περιμένουν να ανακαλυφθούν”, προαναγγέλλει η Emma Schachner.
Πηγές:
Schachner, E. J., et al. (2024). A subpectoral air sac augments wing muscle power during avian soaring flight.
