Как саламандра дышит без лёгких

У взрослых безлёгочных саламандр газообмен происходит через кожу и слизистые поверхности рта и глотки. Отсутствие лёгких не означает отсутствие поступления кислорода. При этом работа такой системы зависит от состояния дыхательной поверхности, окружающей среды и потребностей животного в разные моменты.

Как исследовали движение газов через кожу

В работе 1988 года у одного вида безлёгочных саламандр сравнивали выведение двух инертных газов. Эти газы различались способностью проходить через ткани. Измерения проводили одновременно, чтобы сопоставить их поведение при сходных условиях.

У отдыхающих животных скорость выведения отражала совместное ограничение двух процессов: прохождения газа через ткани и его переноса кровотоком. Поэтому кожное дыхание нельзя представить только как наличие тонкого наружного покрова. Важна также связь дыхательной поверхности с движением веществ внутри тела.

При движении животных на дорожке выведение газов ускорялось неодинаково. Похожие изменения отмечали во время самостоятельных коротких эпизодов активности. Авторы истолковали результаты как поддержку увеличения способности кожи пропускать газы при нагрузке.

Такое объяснение связывает свойства дыхательной поверхности с возрастающей потребностью в кислороде. Однако исследователи следили за выведением специальных газов, а изменение способности кожи оценивали по этим данным. Это способ изучить механизм, а не прямой подсчёт каждой молекулы кислорода, поступившей в отдельный участок кожи во время движения.

Что меняется при увеличении нагрузки

В исследовании 1986 года другой вид безлёгочных саламандр двигался на дорожке с разной скоростью. Животных помещали в устройство, позволявшее непрерывно измерять потребление кислорода по проходящему воздуху. Так исследовали связь движения с обменом веществ.

После начала нагрузки потребление кислорода выходило на относительно устойчивый уровень за несколько минут. При повышении скорости оно увеличивалось, а затем достигало максимума. На медленных скоростях животные могли поддерживать движение долго, тогда как более быстрые режимы сопровождались ограниченной выносливостью.

Исследователи также оценивали прирост лактата во всём теле. При медленном движении измеренная скорость прироста была незначительной, но при более высокой нагрузке возрастала. Это дополняет измерение кислорода сведениями о способах обеспечения нагрузки энергией.

При этом выраженное снижение выносливости начиналось ещё до максимальной скорости, поддерживаемой аэробным обменом. Поэтому автор не сводил все ограничения движения к одному отсутствию лёгких. Важны измеренная нагрузка, достигнутое потребление кислорода и состояние животного в конкретном испытании.

Как реагируют движения рта на недостаток кислорода

В работе 2000 года у безлёгочных саламандр исследовали движения ротовой области, частоту сердечных сокращений и газообмен. Сравнивали исходные условия, разные уровни уменьшенного содержания кислорода и восстановление после них. Такой подход позволил отдельно описать изменение поведения и обмена веществ.

При определённых уровнях недостатка кислорода активность ротовой области усиливалась. При самом низком исследованном уровне частота таких движений, наоборот, снижалась. Значит, ответ не является простым правилом, по которому чем меньше кислорода, тем чаще животное обязательно выполняет одно и то же движение.

Потребление кислорода сохранялось на исходном уровне до достижения определённого критического диапазона. Во время восстановления обмен веществ и частота сердечных сокращений возвращались к исходным значениям. При этом продолжительность периодов без ротовых движений изменялась отдельно от самой частоты движений.

Авторы заключили, что животные активно отвечают на недостаток кислорода. Но насколько наблюдаемые изменения помогают его поглощению, осталось неизвестным. Поэтому движения рта показывают реакцию системы, а не сами по себе доказывают величину её дыхательной эффективности.

Почему важно различать взрослое животное и зародыш

Работа 2022 года исследовала развитие безлёгочных саламандр анатомическими, молекулярными и экспериментальными методами. У изученных зародышей начинало формироваться зачаточное лёгкое. Затем этот временный зачаток исчезал до вылупления, причём регрессия сопровождалась запрограммированной гибелью клеток.

При начале развития обнаружили активность генов, связанных с формированием лёгкого, а сам зачаток содержал соответствующие молекулярные признаки. Это показывает, что часть ранней программы развития сохраняется, хотя у взрослых животных нет действующих лёгких.

Таким образом, название группы описывает устройство взрослой дыхательной системы. Оно не исключает краткого появления зачатка органа у зародыша. Причины эволюционной утраты и точное время этого изменения остаются отдельными вопросами: наблюдение развития помогает исследовать их, но не назначает одной окончательной причины всей истории группы.

Что показывает иллюстрация

На иллюстрации показана небольшая саламандра с тёмными боками и рыжеватой полосой вдоль спины и хвоста. У неё короткие конечности и гладкая влажная кожа. Общий наружный вид не позволяет измерить газообмен или увидеть временный лёгочный зачаток зародыша.