Ratusan juta tahun yang lalu, leluhur manusia yang sangat, sangat jauh - dan dari semua hewan darat dengan tulang punggung dan empat anggota tubuh - memiliki kemampuan bernafas air ini, tetapi hilang setelah makhluk bernafas udara pertama mulai hidup di darat penuh waktu . Saat ini, manusia hanya dapat bernapas dalam air menggunakan peralatan khusus - atau dalam film seperti "Aquaman" (Warner Bros Pictures), tentang karakter buku komik dengan kemampuan bawah air yang unik.
Buku komik semacam menjelaskan bagaimana setengah-manusia, setengah-Atlantean hybrid Aquaman (Jason Momoa) dan semua sepupu Atlantis-nya yang tampak manusia bisa bernafas di kedalaman laut - "insang" disebutkan, meskipun mereka tidak terlihat, dan spesifik yang tersisa untuk imajinasi pemirsa. Tapi bagaimana tepatnya makhluk dunia nyata bernapas di lingkungan berair mereka?
Seperti yang terjadi, ada banyak oksigen terlarut di sebagian besar lautan, danau, dan sungai di planet ini, meskipun paru-paru kita yang bernapas melalui udara tidak bisa memprosesnya. Tetapi penghuni air dunia telah mengembangkan beberapa metode lain untuk mengakses oksigen dalam air, kata para ahli kepada Live Science.
Teknik kuno
Beberapa hewan seperti ubur-ubur menyerap oksigen dalam air langsung melalui kulit mereka. Rongga gastrovaskular di dalam tubuh mereka melayani dua tujuan: mencerna makanan, dan memindahkan oksigen dan karbon dioksida, kata Rebecca Helm, asisten profesor di Universitas North Carolina, Asheville, kepada Live Science.
Faktanya, bentuk kehidupan mikroba paling awal di Bumi yang menggunakan oksigen mendapatkannya dengan cara yang sama seperti jeli - melalui difusi. Bentuk pernapasan ini kemungkinan muncul sekitar 2,8 miliar tahun yang lalu, "beberapa saat setelah cyanobacteria mulai memompa oksigen ke atmosfer," menurut ilmuwan laut Juli Berwald, penulis "Spineless: The Science of Jellyfish dan Seni Growing a Backbone" (Riverhead Buku, 2017).
"Karena mereka hanya memiliki lapisan sel luar dan lapisan sel dalam dan bagian dalamnya jeli dan tidak memiliki sel, mereka tidak memerlukan oksigen sebanyak hewan yang memiliki jaringan aktual di dalam," kata Berwald. email.
Namun, ada juga kelemahan untuk "bernafas" melalui difusi.
"Ini jauh lebih lambat daripada menggunakan sistem peredaran darah untuk membawa oksigen ke tempat yang jauh dari tubuh. Itu mungkin berarti bahwa ada batas pada bagaimana ubur-ubur besar dapat tumbuh," tambah Berwald.
Metode pintu belakang
Pernapasan melalui difusi oksigen di atas permukaan tubuh juga ditemukan pada echinodermata - sekelompok hewan laut yang meliputi bintang laut, bintang laut, bulu babi, dan teripang.
Bintang-bintang laut menyerap oksigen ketika air mengalir di atas benjolan di kulit mereka yang disebut papula, dan melalui alur di struktur lain yang disebut kaki tabung, zoolog invertebrata Christopher Mah, seorang peneliti di Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian di Washington, D.C., kepada Live Science.
Namun, beberapa jenis teripang air dangkal memiliki tipe adaptasi khusus yang berbeda untuk bernapas: struktur pernapasan "pohon" yang terletak di rongga tubuh dekat anus. Saat lubang dubur mentimun menghisap air ke dalam tubuhnya, pohon pernapasan mengekstraksi oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida.
"Itu benar-benar keluar dari pantatnya," kata Mah.
"Cetak biru dasar"
Pada ikan, insang telah terbukti menjadi sistem yang berhasil untuk respirasi, menggunakan jaringan pembuluh darah untuk menarik oksigen dari air yang mengalir dan menyebar melalui selaput insang, menurut Northeast Fisheries Science Center.
Di sebagian besar ikan, insang memiliki "cetak biru dasar yang sama," Solomon David, asisten profesor dengan Departemen Ilmu Biologi di Nicholls State University di Louisiana, mengatakan kepada Live Science.
"Mereka dibuat untuk memiliki pertukaran gas saat ini - mengeluarkan oksigen dan melepaskan limbah," kata David. Ketika ikan melonggarkan mulut mereka, mereka menciptakan aliran air yang mengalir di atas insang mereka. Jaringan kemerahan dan sangat vaskularisasi menghisap oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida, "semacam kapiler di alveoli kita," katanya.
Namun, insang tidak persis satu ukuran untuk semua. Struktur mereka dapat bervariasi antar spesies sesuai dengan kebutuhan oksigen mereka, menurut David. Insang tuna yang berenang cepat, misalnya, akan agak berbeda dari ikan yang merupakan predator bohong-dan-tunggu, seperti gar buaya.
"Jika Anda adalah predator aktif yang selalu aktif, Anda akan memiliki insang yang berbeda untuk kebutuhan oksigen yang lebih tinggi," kata David.
Bentuk insang bahkan dapat bervariasi antara individu-individu dari spesies yang sama, tergantung pada kondisi oksigen di air tempat mereka tinggal, tambahnya. Penelitian telah menunjukkan bahwa ikan dapat mengadaptasi morfologi insang mereka ketika habitat berair mereka menjadi tercemar; Seiring waktu, filamen insangnya menjadi lebih kental, untuk menahan kontaminan di dalam air.
Beberapa amfibi air juga memiliki insang - struktur bercabang yang memanjang keluar dari kepala mereka. Ini adalah sifat larva pada amfibi yang menghilang karena sebagian besar spesies menjadi dewasa, tetapi salamander air seperti sirene mempertahankan insang eksternal hingga dewasa, Kirsten Hecht, seorang ahli ekologi perairan dengan School of Natural Resources and Environment di University of Florida, mengatakan kepada Live Science in email.
Lungfish - sekelompok ikan yang menghirup udara serta air menggunakan kantung renang yang dimodifikasi - juga memiliki insang eksternal ketika mereka muda, "tetapi hampir semua spesies lungfish kehilangan mereka sebelum mencapai dewasa," kata Hecht.
Artikel asli aktif Sains Langsung.
