Akciğerin evrimi

Akciğerin evrimi, oksijence fakir sularda yaşayan kemikli balıkların akciğerlerini geliştirmesinin evrimsel sürecini açıklar. Hava soluma, sudan karaya geçiş ve tetrapodların evrimi açısındam kritik bir olaydır. Omurgalı akciğeri, ilkel kemikli balıklarda bulunan bir progenitör yapıdan kaynaklanmıştır. Metabolik olarak üretilen CO2'e duyarlı olan ve akciğer ventilasyonunu metabolik taleple eşleştirmek için solunum kaslarını ritmik olarak aktive eden nöral substratların kökeni henüz bilinmemektedir. “Öksürük” olarak tanımlanan, in vivo ve in vitro olarak Lamprey'de meydana gelen, belirli bir periyodik merkezi olarak oluşturulan ritmin, CO2'e karşı merkezi duyarlılık tarafından modüle edildiği bulundu. Bu, tetrapodlarda nefes almanın evrimi için kritik olan elementlerin, akciğerin evriminden önce en temel omurgalı atalarında mevcut olduğunu göstermektedir. Bilim insanları, tüm omurgalılarda nefes alma evriminin, bu kritik temel unsurlardan türetilen eksaptasyonlar yoluyla gerçekleştiğini düşünmektedir.

Tetrapodlar, bugün yaşasalardı balık denilebilecek bir grup organizmadan evrimleşeceklerdi. Suda yaşıyorlardı, pulları ve etli yüzgeçleri vardı. Bununla birlikte, oksijen solumak için kullandıkları akciğerleri de vardı. 360 ila 390 milyon yıl önce, bu organizmaların torunları daha sığ sularda yaşamaya başladı ve sonunda karaya taşındı. Yaptıkları gibi, karasal bir yaşam tarzı için birçok uyarlamayı şekillendiren doğal seçilimi deneyimlediler. Balıklar fosil kayıtlarında tetrapodlar denilen daldan daha erken ortaya çıktığı için, modern balıkların onların ve insanların ortak atalarının sahip olduğu özelliklerin aynısını taşıdığını varsaymak önemlidir. Bu akıl yürütme çizgisi sezgiseldir, ancak doğru değildir. Hem modern ışınsal yüzgeçli balıkların hem de tetrapodların onlarla ortak olan atalarının yüzgeçli ve sucul oldukları doğru olsa da, konu akciğerlere geldiğinde bu durum aynı değildir.

Mevcut kanıtlar, solungaçların en eski kemikli balıklarda - et yüzgeçli balıklar ve ışınsal yüzgeçli balıkların ortak atasında - bulunduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, solunum işlevine hizmet eden gazla dolu organlar olan akciğerler de çok erken evrimleşmiştir. Et ve ışınsal yüzgeçli balıkların ortak atasında solungaçların yanı sıra akciğerleri de vardı. Et yüzgeçlilerde, etrafa yapışmış akciğerler vardı, tetrapodlar, coelacanthlar ve akciğerli balıklar, bu akciğeri miras aldı ve oksijen elde etmek için kullandı. Coelacanth'lar ve akciğerli balıklar da solungaçlarını bu zamana kadar korumuştur. Modern tetrapodlar ise bir zamanlar solungaçlarının olduğunu ancak bunların erken evrimi sırasında kaybolduğunu gösteren kanıtlar vardır. Işınsal yüzgeçli balıkların bazıları uzun süre akciğerlerini korumuştur. Ancak çoğu ışınsal yüzgeçliyi doğuran soyda (ve en az bir başka soyda), akciğerler yüzme kesesine evrilmiştir. Bu ise balığın yüzdürme gücünü kontrol etmesine yardımcı olan gazla dolu bir organdır.

Deri solunumundan gelen oksijence zengin kan, karışım kalbe girmeden önce kas ve diğer organlardan kalbe dönen oksijenden fakir kanla karışır. Böylece koroner dolaşımı olmayan ve tamamen lümen kanındaki oksijene dayanan kalp, gaz değişim organının aşağısındadır. Solungaçla soluyan bir balığın dolaşım sisteminin şeması balıklar büyüdükçe, deri artık tek gaz değiştirici olarak yeterli gelmemeye başladı (karbondioksit atıcı). Solungaçlar, cildin yerini alan gaz alışverişi yeri haline geldiğinde, kalp gaz değiştiricinin yukarısında kaldı. Böylece kas ve diğer organlardan kalbe dönen oksijence fakir kan zenginleşemedi. Bu balıklar, aerobik performanslarında, koroner dolaşımın gelişimi için potansiyel bir seçici baskı ile sınırlı olabilir.

Akciğerden gelen oksijence zengin kan, oksijenden fakir kanla karışır, oksijenden fakir kan, karışım kalbe girmeden önce kas ve diğer organlardan kalbe döner. Böylece koroner dolaşımı olmayan ve tamamen lümen kanındaki oksijene bağlı olan kalp, gaz değişim organının aşağısındadır. Bu tür dolaşım düzenine sahip akciğer solunumu yapan balıklar (örneğin, Avustralya akciğerli balığı, Neoceratodus forsteri, Gar, Lepisosteus ve Megalops) çok aktif balıklardır ve sudaki oksijenin geriliminden bağımsız olarak aktifken hava solumaktadırlar.