Головастик серой древесной лягушки всасывает пузырек, наполненный кислородом - умный обходной путь, позволяющий обойти необходимость бороться с поверхностным натяжением и получить глоток свежего воздуха. Курт ШвенкПускание пузырьков слюны может показаться глупым или незрелым, но когда вы - крошечное водное существо, пытающееся перевести дух, на это есть веская причина.
Несколько лет назад Курт Швенк, наблюдая за детенышами древесных лягушек, резвящимися в аквариуме, заметил новое странное поведение. "Одна из них всплыла на поверхность и сделала что-то странное", - рассказывает эволюционный биолог из Университета Коннектикута. "Когда она уплыла, то оставила после себя пузырь". Швенк и его аспирант Джексон Филлипс планировали скормить головастиков саламандрам для исследования, но быстро сменили курс. Они решили, что пузырь может быть ключом к разгадке того, как молодые амфибии разгибают свои развивающиеся легкие, не выныривая на поверхность воды.
Чтобы проверить свою идею, Швенк и Филлипс отправились в болота Новой Англии, чтобы собрать головастиков четырех разных видов, а также пятнистых саламандр, ныряющих жуков и пульмонатных улиток. Они также заказали по почте африканских когтистых лягушек, у которых была выведена прозрачная кожа. Затем они снимали каждый объект с помощью высокоскоростных монохромных камер (от 30 до 1000 кадров в секунду) со светодиодной подсветкой, чтобы увидеть, что происходит в воде, а также дыхательные пути существа.
Видеозаписи, опубликованные вместе с недавней статьей в журнале Proceedings of the Royal Society B, помогли Швенку и Филлипсу определить хронологию процесса дыхания головастиков. По мере роста амфибий их жабры превращаются в легкие. Эта трансформация в конечном итоге заставляет их высовывать голову над водой, чтобы глотнуть воздуха, но их маленькие тела представляют собой сложную задачу. Молекулы воды образуют прочные связи друг с другом - обычное физическое свойство, известное как поверхностное натяжение, поэтому для их разрыва требуется значительная масса. У полудюймового головастика почти нет шансов.
Хищные ныряющие жуки используют другой способ всасывания кислорода с помощью пузырьков. Вместо того чтобы втягивать его в легкие (которых у них нет), они направляют его в трубки под надкрыльями, похожими на панцирь. Швенк предполагает, что гидрофильные свойства хитина позволяют им также тянуть поверхность воды вниз, чтобы сформировать пузырь. Курт ШвенкВот тут-то и появляется "сосание пузырьков". Этот восхитительный термин, придуманный учеными из Университета Конна, относится к взлому головастиками поверхностного натяжения: Они надувают воздушный карман на линии воды, затем ждут, пока он наполнится кислородом. Когда он готов, они втягивают его обратно в рот и одним вдохом направляют в легкие. Этот процесс называется буккальным насосом и является уникальным для амфибий. Люди, теоретически, могут всасывать пузырьки, говорит Швенк, но нам придется открыть рот, чтобы сжать газ в легких, что было бы трудно сделать во время плавания.
Не считая млекопитающих, Швенк и Филлипс обнаружили, что улитки и жуки также образуют пузыри, но не ртом, а задницей. И хотя коллеги не снимали рыб, они считают, что такое поведение гораздо более распространено среди личинок, поскольку они дышат и фильтруют корм. "Фундаментальный урок заключается в том, что поверхностное натяжение действительно представляет собой физический барьер для этих животных. Поэтому теперь мы должны ожидать особых адаптаций", - говорит Швенк. Он отмечает, что ему доводилось видеть и другие варианты адаптации: Серые древесные лягушки, например, выполняют "двойное сосание", когда приближаются к взрослой жизни, а зрелые зеленые лягушки иногда "сосут пузырьки, чтобы просто так". Тем не менее, в этом безумии есть свой метод, и мы будем ждать следующего раунда съемок, чтобы узнать подробности.