AIR SAC: EVOLÚCIA, V ČOM SA NACHÁDZAJÚ ZVIERATÁ, FUNGUJE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto vzdušné vaky sú dutiny trvalé vzduchu v organizmoch. Prítomnosť týchto vakov v kostiach sa nazýva pneumatickosť a ich formovanie počas vývoja kostí sa nazýva pneumatizácia.

Distribúcia týchto vakov v tele organizmov je pomerne rôzna. Môžu byť prítomné v kostiach (skeletálna pneumatickosť), ako je lebka, stavce, rebrá, hrudná kosť a ďalšie. Vyskytujú sa tiež ako súčasť dýchacích ciest mnohých zvierat.

Lebka Tyrannosaurus rex. Tieto zvieratá mali masívne, fúzované lebečné kosti, napriek tomu mali početné malé vzdušné priestory, vďaka ktorým boli ľahšie. Prevzaté a upravené z AE Anderson prostredníctvom Wikimedia Commons.

Vedci sa domnievajú, že vývoj vakov na vzduchu umožňuje zvieratám, ktoré ich prezentujú, mať alebo zlepšiť rovnováhu, efektívne ochladiť svoje telá a zvýšiť výmenu plynov.

Rozmanitosť organizmov, ktoré majú tieto vaky, sa pohybuje od vtákov a cicavcov až po hmyz. Dokonca aj dnes je známe, že dinosaury mali pneumatické kosti, to znamená kosti so vzduchovými vakmi.

vývoj

Zo súčasných zvierat majú vtáky najväčší počet štruktúr so vzduchovými vakmi v tele. Z evolučného hľadiska sú vtáky súčasnými potomkami dinosaurov.

Je známe, že vtáky sa vyvíjajú z malých mäsožravých dinosaurov. Títo dinosaury žili na konci jury alebo neskôr (asi pred 152 až 163 miliónmi rokov), podľa fosílnych záznamov objavených v Číne a Južnej Amerike.

Predpokladá sa však, že predok všetkých súčasných vtákov žil na konci kriedy alebo neskôr (asi pred 72 až 100 miliónmi rokov). Tento predok prežil v nasledujúcich 65 miliónoch rokov, ktoré uplynuli po masovom vyhynutí dinosaurov.

Vedec Peter Ward v roku 2006 navrhol, aby sa prvé vzduchové vaky v dinosauroch objavili v organizmoch, ktoré žili v triasovom období (asi pred 252 miliónmi rokov).

Táto štruktúra bola evolučným charakterom, ktorý umožnil organizmom, ktoré ju vlastnili, prispôsobiť sa nízkym hladinám kyslíka, ktoré existovali v tomto období.

Táto vlastnosť je v súčasnosti zachovaná u potomkov dinosaurov, vtákov. Prítomnosť týchto vakov v iných zoologických skupinách môže byť spôsobená mechanizmom paralelného alebo parafyletického vývoja.

U ľudí

Na druhej strane, my ľudia máme paranazálne dutiny. Jedná sa o systém vzduchových dutín umiestnených v hlave; v prednej, etmoidálnej, sfenoidálnej kosti a v hornej čeľusti.

O evolučných aspektoch paranazálnych dutín u neandertálcov a moderných ľudí sa veľa diskutuje. Nie je známe, aký je pôvod a vývojová funkcia.

Jednou z hypotéz o prítomnosti týchto vzduchových vakov je prispôsobenie sa extrémnemu chladu. Veľa diskutovaná téma as mnohými detektívmi.

Prítomnosť vzdušných vakov v hominidoch a iných stavovcoch bola v evolúcii tiež kontroverznou témou. Tieto vaky sa objavili a zmizli v rôznych skupinách, dokonca aj v neprepojených líniách.

Boli navrhnuté rôzne hypotézy o prítomnosti pneumatizácie alebo vzdušných priestorov v lebke stavovcov. Z týchto hypotéz vynikajú nasledujúce: prispôsobenie chladu, rozptyl žuvacej sily, kraniálne odľahčenie a skladovanie látok.

V ktorých zvieratách sa nachádzajú vzdušné vaky?

Prvými známymi organizmami, ktoré predstavovali vaky na vzduch, boli dinosaury. Boli prítomní v skupine Ptrosaurs (Flying Dinosaurs) a Saurischians.

Tie boli zastúpené Pteropodmi (ako Tyrannosaurus rex) a Sauropódmi (ako veľké dlhé krky).

Zo súčasných zvierat majú vtáky najväčší počet vzduchových vakov vo vnútri tela. Vyskytujú sa u všetkých alebo väčšiny druhov vtákov.

Tieto štruktúry sa nachádzajú aj v iných stavovcoch, ako sú cicavce, v kostiach aj v časti dýchacieho systému.

Ďalšími zvieratami, ktoré majú vzduchové vaky alebo štruktúry ako také, sú hmyz. Tieto článkonožce majú ako súčasť dýchacích ciest vzduchové vaky. Sú prítomné ako dilatácie alebo rozšírenia priedušnice.

Vlastnosti

Na dinosauroch

Boli predložené rôzne hypotézy o funkčnosti kostrových a nekeletálnych vzduchových vakov u dinosaurov.

Prítomnosť týchto priestorov by mohla naznačovať, že v týchto organizmoch im pomohla mať vysokú metabolickú aktivitu, pretože vaky zvyšovali dýchaciu kapacitu.

Niektorí autori tiež navrhujú, aby vzduchové vaky slúžili na zlepšenie rovnováhy a zníženie rotačnej zotrvačnosti. Táto posledná hypotéza je však veľmi sporná, pretože sa neuplatňuje v skupinách ako sú Sauropodi.

Ďalšou hypotetickou funkciou vzduchových dutín je regulácia telesnej teploty. Prítomnosť peria pokrývajúceho telo alebo aktivita letu by mohla telo zahriať.

Vrecká by potom fungovali ako prostriedok na odvádzanie prebytočného tepla. Prítomnosť pneumatických kostí u dinosaurov im umožnila ľahšie kosti a uľahčila vývoj obrovských živých foriem.

U vtákov

U vtákov sa vzduchové vaky bez kosti môžu považovať za malé komory, ktoré napučiavajú a vyfukujú. To spôsobuje prúdenie plynu do samostatnej komory, analogické tomu, čo sa deje v pľúcach.

Predstavujú tiež kostné vzduchové dutiny. Prítomnosť týchto priestorov umožnila vtákom ľahšie kosti. To zase umožnilo väčšine týchto organizmov lietať.

Okrem toho im to pomohlo mať vysoko účinné dýchacie systémy, distribuovať kostrovú hmotu a dokonca sa verí, že umožňuje niektorým vtákom lietať vo vysokých nadmorských výškach.

Nekovové vzdušné vaky u vtákov a dinosaurov. Prevzaté a upravené z CNX OpenStax, prostredníctvom Wikimedia Commons.

U cicavcov

U cicavcov sú v tzv. Paranazálnych dutinách vzduchové vaky. Jedná sa o divertikulu patriacu do nosnej dutiny. Obsahujú vzduch a sú súčasťou kostí lebky.

Existuje niekoľko hypotéz o funkciách týchto pneumatizovaných štruktúr. Tieto hypotézy zahŕňajú zosvetlenie lebky, výmenu tepla a rozptyl a použitie na sekréciu hlienu.

Štúdium týchto funkcií sa uskutočňovalo na zvieratách, ako sú kone, prežúvavce, mäsožravce, malé domáce zvieratá (psy a mačky), a to aj u ľudí.

U hmyzu

Vzdušné vaky hmyzu sú komory s veľkou kapacitou na expanziu. Sú spojené s priedušnicami a ich funkciou je uchovávať vzduch a uľahčovať let.

Referencie

1. Air sac. Anatómia. Obnovené zo stránky britannica.com.
2. Kostná pneumatickosť. Obnovené z en.wikipedia.org.
3. Pôvod vtákov. Obnovené z evolúcie.berkeley.edu.
4. P. Ward (2006). Mimo tenký vzduch: dinosaury, vtáky a starodávna atmosféra Zeme. National Academies Press.
5. V. Dressino & SG Lamas (2014). Spory o evolučnú úlohu paranazálneho sínusu Pneumatizácia u ľudí a neandertálcov ako adaptácia na extrémny chlad. Ludus Vitalis.
6. Matt Wedel: Lov nafukovacieho dinosaura. Obnovené z ucmp.berkeley.edu
7. H. Brooks. (2018). Pneumatizované kosti pomáhajú vedcom študovať vývoj dýchania u vtákov a dinosaurov. Získané z upi.com.
8. R. Zárate, M. Navarrete, A. Sato, D. Díaz, W. Huanca (2015). Anatomický opis paranazálnych dutín alpaky (Vicugna pacos). Journal of Veterinary Research of Peru.